吕 文
(山西省煤炭建设监理有限公司，山西 太原 030012)
随着我国社会经济的飞速发展，对于能源的需求量也不断增加。煤炭作为我国主要的传统能源形式，其开采规模也相应得到扩大，与此同时，煤炭开采过程中各种复杂情况也随之出现。近年来，随着矿井综合开采无论是技术还是设备等方面的进步，促使综采能力和效率均得到有效提高。为了适应具体的综采需要，开采设备的外形尺寸也得到一定扩展，这就要求综采面的切眼断面随之增大。综采面切眼大断面的增大会引起一系列变化，具体包括矿井内部巷道的跨度进一步变大，这也就对矿井内的支护技术提出了更高要求。综采面切眼大断面的支护技术和建设如果不达标，将严重影响到矿井整体的稳定性，进而威胁到工作人员的生命安全。基于此，要结合矿井实际情况做好综采面切眼大断面的施工技术以及支护技术，确保矿井内部稳定性和工作人员生命安全[1-2]。
以西北某省份一大型国有煤业企业的综采面切眼大断面施工情况为具体案例，分析在具体开采过程中相关技术的应用及其效果。该煤业企业拥有两个生产矿井，分别是1号煤矿和2号煤矿。两个矿井在生产环境、生产产量、生产工艺等方面均存在一定差异。其中，1号煤矿目前的生产能力达到500万t/d，其特点是内部含有大量瓦斯，属于高瓦斯矿井。2号煤矿是整个企业最主要的采煤层，经过实地勘察发现，2号煤矿的采煤层为中度到厚度煤层，这说明2号煤矿内含有大量优质煤炭资源。进一步的勘察结果显示，2号煤矿的顶部以各种岩石为主，具体来讲，主要包括各种沙质泥岩和泥岩。这些岩石的厚度存在一定差异，但是均在4 m～6 m。岩石层中含有一定水分，基于岩石性质这些顶层容易发生风化破碎。在具体的开采过程中，首先一般需要按照预定路线进行巷道掘进，在实施巷道掘进时，这些顶层岩石容易发生脱落，因此存在一定的生产安全隐患。顶层岩石之上为粉砂岩、细砂岩以及泥岩，而且这些岩石存在互相浸润的情况，其厚度达到10 m～20 m。煤矿内部直接底板主要是各种泥岩、沙质泥、碳质泥等，多呈现为灰色以及灰黑色，其厚度不均，一般在2 m～6 m。这些岩石自身性质比较松软，尤其是当水分浸润以后，很容易发生严重膨胀变形，最终出现底臌现象，一般情况下底臌高度在0.2 m～0.8 m。另一方面，当这些岩石遇到水分侵蚀以后还会出现强度改变，其整体抗压效果和能力将出现大幅下降，最终变为20 kg/cm2。其自身普氏硬度下降至0.2。水分浸润以后这些岩石的性质出现较大变化，主要集中体现在岩石的硬度以及其稳定性、抗压能力等，经过水泡，这些岩石变为极容易发生变形的稳定性较差的底板。矿井内部的老底主要成分是细砂岩和粉砂岩，外部呈现为灰白色和灰绿色，这种岩石自身强度较高，难以出现风化破碎等情况，具有较高的抗压能力，同时其自身硬度也必将较大，能够达到普氏硬度2.8～4.2，说明这些岩石具有良好稳定性和强度、硬度，能够作为中等稳定底板。
1 工作面概况及切眼掘进工艺
1.1 工作面切眼概况
本文以该煤业企业2号煤矿1024工作面作为研究对象。1024工作面位于2号煤矿主巷道西侧，该工作面在具体操作施工过程中为对应盘区的首采面。工作面的进风顺槽长度为2 270 m，回风顺槽长度也是2 270 m。该工作面宽度为4.5 m，整体呈现为一个矩形的断面。进一步考察结果显示，该矩形断面高度在2.8 m；其中切眼长度达到240 m，宽度为6 m，高度为2.7 m，同样呈现为矩形。
1.2 工作面切眼掘进工艺
在具体的掘进过程中，由于受到各方面限制因素的影响，导致其切眼宽度无法一次性完成；为了顺利完成切眼的掘进，决定采用先导硐进行施工，具体宽度为4 m，在此基础上进一步对其进行拓展，最终得到6 m的宽度。在导硐施工期间，采用掘进机沿着煤层顶底板进行掘进，在这个过程中产生的煤炭也进行对应的装运。为了取得良好的掘进效果，决定采用横向复式切割，在具体操作过程中，首先将切割头进行调动，当其达到巷道内时开始掘进，从巷道的下部开始，首先得到一个横槽，在此基础上从下往上进行截面切割。为了达到预期宽度和效果，将其进刀深度控制在0.8 m。完成导硐施工以后再进行二次拓宽作业，最终达到6 m宽度的效果。
2 支护形式、支护机理及支护效果
2.1 支护形式
结合工作面的具体情况以及支护要求，针对切眼的支护决定采用锚网加上锚索梁的形式，这有助于实现联合支护。顶板、副帮部位的支护材料选择钢材锚杆，要严格控制支护材料的品质和性能，确保其达到相关使用要求和标准；在本次支护操作中，具体选用的锚杆为20 mm×2 100 mm规格。在具体布置过程中，按照工作面具体情况实施菱形支护；针对主帮的支部材料选择玻璃钢锚杆，具体规格与钢锚杆相同，同时对其实施“三-三”的矩形布置。顶板支护选择锚索梁，为了确保其达到对应支撑力度和强度要求，决定采用一梁三索以及一梁四索两组方式，同时将其进行交错排列；一梁三索具体梁长度为3 m，排距为1.6 m，一梁四索锚索梁长度为4.2 m，排距为1.6 m。本次支护中选择的钢绞线都按照对应标准采购。
第一次导硐过程中，当机器掘进切眼宽度达到4 m时，针对顶锚杆实施对应的“五-五”菱形布置，同时针对主副帮锚杆按照“三-三”的规则进行矩形布置；具体规格方面，锚索梁长度为3 m，排距控制在1.6 m。在第一次导硐完成的基础上实施第二次刷帮掘进，为了适应对应的施工以及确保其整体稳定性，其中主帮帮锚杆采用“三-三”的矩形布置，而锚索梁则根据实际需要选择对应的支护方式，具体来讲，为了确保整体稳定性决定采用一梁三索、一梁四索交错排列的方式，其中,一梁三索锚索梁与已支护锚索梁两根并在一起支护，具体规格方面，梁的长度控制在3 m，排距控制在1.6 m，一梁四索锚索梁长度控制为4.2 m，排距控制在1.6 m。
2.2 支护机理
本次案例中的煤层巷道断面多表现为矩形，矩形在受力情况下很容易产生对应的拉力；而煤炭自身的强度和韧性都比较差，在受力情况下很容易发生断裂，尤其是在面临跨度较大的情况下，这就给综采面的切眼大断面支护带来一定困难。针对这种情况，采用差异锚杆以及对应的锚索支护有助于将压力实现有效分散，进而降低局部承受的压力。本次研究中针对切眼采用锚杆、锚索以及网络的联合支护，针对副帮锚杆选用钢锚杆，主帮则使用对应的玻璃钢锚杆，对应的锚索则选用钢绞线。
锚杆、网、锚索梁将巷道顶部上侧组成一个承载梁，这种组合有助于将顶部的压力进行分散，减少局部所受压力，实现良好的稳定性。具体来讲，锚索深入上部稳定岩层给予承载梁较大的预应力，这就给整体支护提供了一个有力的支持，在此基础上每根锚索周围形成的压缩区域彼此重叠，促使对应部位所受压力得到降低，另一方面在复合顶板中形成一个厚度更大的均匀连续压缩带，这个层面会相互挤压，在这个过程中层面摩擦得到有效增大，这个过程促使复合顶板形成拱梁，这种结构能实现良好的支护作用，进而有效地提高顶板的整体性、稳定性、加强顶板的自承能力，减少了变形与位移。
3 结语
在大断面切眼的掘进工艺过程中，使用锚杆、锚索梁联合支护，能够有效控制围岩变形，提高巷道支护质量，为切眼安装和安全生产提供了强有力的保障。
