張校春 李東洞

（中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

伴隨著平頂山煤田開(kāi)采的高度和開(kāi)采強(qiáng)度的增加，巷道的斷面也在逐步增大，導(dǎo)致大斷面巷道頂板的穩(wěn)定性問(wèn)題越來(lái)越突出，這不僅僅加大了工程量以及維護(hù)難度，還造成礦井生產(chǎn)的接續(xù)緊張，限制了平頂山煤田的又好又快發(fā)展。平頂山煤田的大斷面巷道破碎頂板失穩(wěn)和變形問(wèn)題，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的隱患。弄清巷道頂板失穩(wěn)和變形的原理，并且使用合理的控制方法，改良頂板的受力狀態(tài)以及圍巖環(huán)境，會(huì)給煤礦的安全高效生產(chǎn)帶來(lái)重要的保證。

1 工程的地質(zhì)環(huán)境特征

平頂山煤田位于河南省中部平頂山市，是我國(guó)13個(gè)主要煤炭生產(chǎn)基地之一。平頂山煤田處在市區(qū)東部，北依焦贊山，南臨平安大道，東與許昌市襄城縣毗連，距許平南高速公路7 公里，西距市中心11 公里，311 國(guó)道、孟（廟）寶（豐）鐵路穿境而過(guò)。礦區(qū)鐵路專(zhuān)用線(xiàn)從儲(chǔ)煤倉(cāng)直達(dá)田莊集配站和武漢鐵路局平頂山東站，與孟寶鐵路相連，礦井的年生產(chǎn)能力約1 000 萬(wàn)噸，是我國(guó)國(guó)內(nèi)大型現(xiàn)代化高效高產(chǎn)的礦井。

平頂山煤田現(xiàn)在主要采煤層是2#煤，2#煤層一般厚度7.27m左右，通常傾角為10°。2#煤層頂板節(jié)理裂縫發(fā)育，遇到水容易變軟。煤層當(dāng)中節(jié)理發(fā)育，頂板的圍巖破碎，受開(kāi)采和擾動(dòng)的影響，節(jié)理非常容易改變成裂隙，從而導(dǎo)致頂板和煤層片幫冒落。平頂山煤田巷道的掘進(jìn)是以沿頂板掘進(jìn)為主的，當(dāng)中大斷面巷道占據(jù)全礦井井巷的3/4以上。

依照2#煤層頂?shù)装鍘r性以及物理力學(xué)特征測(cè)試，2#煤層頂?shù)装鍘r性是泥巖、粉砂巖以及炭質(zhì)泥巖。直接頂一般可以分成兩個(gè)巖性區(qū)，也就是粉砂巖泥巖區(qū)和砂巖區(qū)。砂巖區(qū)是細(xì)粒砂巖和粗粒砂巖，巖石大多比較完整，裂隙不很發(fā)育，屬于中等易冒落比較穩(wěn)定的巖層。粉砂巖泥巖區(qū)是砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，巖石很完整，質(zhì)地較軟，節(jié)理裂縫很少，屬于中等冒落比較穩(wěn)定的巖層。底板除了井田中部（十六線(xiàn)到五十二線(xiàn)間）大多是細(xì)粒砂巖外，剩余的全是粉砂巖，泥巖排第二，巖石比較完整，裂隙、節(jié)理不是很發(fā)育，屬于中等比較穩(wěn)定的巖層。

2 頂板的失穩(wěn)特征以及分析

依照現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，礦井破碎頂板失穩(wěn)特性主要有以下兩個(gè)原因：

2.1 地質(zhì)構(gòu)造的因素

西部地區(qū)強(qiáng)烈的斷裂活動(dòng)和結(jié)構(gòu)變形通常會(huì)導(dǎo)致破碎巖體。受到地震的影響，破碎巖體非常容易松弛，解脫咬合，結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)減弱，容易出現(xiàn)滑落。平頂山煤田的巷道一般是沿著2#煤層頂板掘進(jìn)的，2#煤層頂板偽頂是碳質(zhì)泥巖，遇到水非常容易膨脹和弱化，并且層理發(fā)育，容易破碎。2#煤層頂板直接頂是粉砂巖，擁有顯著的垂直節(jié)理與水平層理，各個(gè)節(jié)理之間泥質(zhì)膠結(jié)不是很牢靠，形成很多的滑面，這些滑面成為這段頂板巖石的弱面，在垂向載荷的作用下，會(huì)演變?yōu)榫植渴Х€(wěn)。而且直接頂?shù)侥噘|(zhì)膠結(jié)的粉砂巖很不均勻的，這層非穩(wěn)定的巖層對(duì)頂板巖層的變形和破壞起到了一定保護(hù)作用，在粉砂巖層變厚區(qū)域其厚度超過(guò)了巷道錨桿錨固的高度，非常容易導(dǎo)致頂板失穩(wěn)和垮落。

地質(zhì)動(dòng)力以及地下水作用導(dǎo)致巖層移動(dòng)突變和變異，很容易導(dǎo)致圍巖裂縫發(fā)育，巖體的整體性遭到破壞，這對(duì)頂板巖體的穩(wěn)定性是非常不好的。

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)因素

巷幫的損壞直接影響到頂板的穩(wěn)定性。平頂山煤田巷道兩幫出現(xiàn)軟弱夾層，受到采動(dòng)的影響，巷道強(qiáng)度比較弱的薄弱層結(jié)構(gòu)體首先屈服變形，并且對(duì)巷幫造成了一定的水平拉應(yīng)力，導(dǎo)致巷幫承載能力降低，假如巷幫設(shè)計(jì)的錨桿強(qiáng)度比較脆弱，就會(huì)導(dǎo)致圍巖的損壞程度增加，頂板失穩(wěn)。如平頂山煤田Y110205上運(yùn)巷兩幫的設(shè)計(jì)就應(yīng)用了玻璃鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，因?yàn)槠鋸?qiáng)度很低，在采動(dòng)的影響之下，玻璃鋼錨桿大部分都被拉斷了，導(dǎo)致巷幫失穩(wěn)，圍巖應(yīng)力再次分布，頂板在靠近煤壁斷裂，出現(xiàn)巷道局部（漏）冒頂?shù)氖鹿省?/p>

巷道的斷面不一樣，其空間位置下圍巖的應(yīng)力分布也不相同。平頂山煤田回采巷道的斷面全是異矩形的斷面，在巷道的肩窩處，巖體破碎非常嚴(yán)重，如果不增強(qiáng)支護(hù)，受采動(dòng)影響很容易使肩窩處的煤幫和頂板被破壞，導(dǎo)致失穩(wěn)的頂板出現(xiàn)斷裂的事故。

3 治理措施以及解決辦法

平頂山煤田運(yùn)用集團(tuán)倡導(dǎo)的“大范圍控制和小范圍（局部）治理”的理念，以及西安科技大學(xué)提出的面對(duì)多層次多目標(biāo)的支護(hù)體系和模式，有效的改良了巷道的頂板穩(wěn)定性。

3.1 建立巷道頂板超前地質(zhì)保障系統(tǒng)

礦井的巷道支護(hù)和設(shè)計(jì)一定要建立在可靠、充分的超前地質(zhì)保障的技術(shù)基礎(chǔ)之上。探測(cè)開(kāi)采地質(zhì)條件，創(chuàng)建超前的地質(zhì)保障系統(tǒng)，能夠幫助搞清巷道頂板變形和失穩(wěn)的內(nèi)在因素，查清地質(zhì)因素對(duì)礦井開(kāi)采時(shí)頂板穩(wěn)定性受影響的程度，對(duì)地質(zhì)量化進(jìn)行預(yù)測(cè)，用鉆探、物探等技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)地質(zhì)頂板工作的動(dòng)態(tài)管理，及時(shí)調(diào)整工作面和巷道支護(hù)參數(shù)，最大程度上減少支護(hù)成本，保障礦井的高效安全開(kāi)采。

3.2 建設(shè)礦井頂板動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)

平頂山煤田實(shí)行區(qū)域的責(zé)任制，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)的施工，并且對(duì)施工以后的錨桿（索）做錨桿（索）拉拔實(shí)驗(yàn)進(jìn)行支護(hù)效果的檢查，與此同時(shí)增加礦井回采巷道以及掘進(jìn)巷道頂板變形失穩(wěn)的日常檢查。在掘進(jìn)巷道和回采巷道，每五十米布置一組“十字布樁”以及頂板離層觀(guān)測(cè)站，對(duì)巷道的頂板離層量和頂?shù)装遄冃瘟窟M(jìn)行常規(guī)檢查，保證可靠數(shù)據(jù)的提供，并且對(duì)日常檢查數(shù)據(jù)匯總成報(bào)表，每周都進(jìn)行分析和總結(jié)。對(duì)頂板變形和失穩(wěn)的區(qū)域，運(yùn)用“黃、橙、紅”頂板維護(hù)的管理模式。

3.3 增強(qiáng)科研合作模式先進(jìn)的檢查和反饋技術(shù)

平頂山煤田和西安科技大學(xué)合作，開(kāi)展了“大斷面巷道巖層控制技術(shù)支護(hù)研究”以及“緩傾斜特厚煤層大采高開(kāi)采工藝的運(yùn)用研究”，建立產(chǎn)-學(xué)-研的合作方式，引進(jìn)了先進(jìn)的檢測(cè)和反饋技術(shù)，給科學(xué)地進(jìn)行巷道冒頂防治和頂板支護(hù)決策提供科學(xué)的依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

平頂山煤田巷道頂板穩(wěn)定性控制已經(jīng)研究出一套合理的支護(hù)技術(shù)，能夠有效地防治因破碎巖層結(jié)構(gòu)組合惡化而導(dǎo)致的冒頂失穩(wěn)，但是，破碎頂板巖體失穩(wěn)還有很多的不穩(wěn)定性和多變性，需要在實(shí)踐中進(jìn)一步的優(yōu)化支護(hù)技術(shù)，為積極主動(dòng)支護(hù)創(chuàng)造有利條件。

［1］王思錦.中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第七次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集［C］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2010（3）：289-292.

［2］來(lái)興平.開(kāi)采擾動(dòng)下大尺度采空區(qū)衍生動(dòng)力災(zāi)害控制研究［R］.北京：北京科技大學(xué)，2011（5）：244-247.