摘 要：為了保證破碎頂板開(kāi)切眼支護(hù)的安全有效，防止在開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的頂板離層冒落的現(xiàn)象，文章針對(duì)某煤礦中開(kāi)切眼的實(shí)際情況，基于自穩(wěn)相關(guān)理論，提出對(duì)礦中開(kāi)切眼一側(cè)導(dǎo)洞實(shí)施二次掘進(jìn)的方案，并計(jì)算得出實(shí)施開(kāi)切眼支護(hù)方式需要的參數(shù)。通過(guò)對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，該開(kāi)切眼的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案能夠有效控制周邊的圍巖，即使是礦區(qū)的松軟破碎頂板也能夠?qū)崿F(xiàn)安全支護(hù)。

關(guān)鍵詞：破碎頂板；開(kāi)切眼支護(hù)；導(dǎo)洞

在煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，實(shí)施開(kāi)切眼支護(hù)技術(shù)對(duì)于保證安全生產(chǎn)具有重要作用，但是基于破碎頂板實(shí)施該技術(shù)存在較大的難度。因?yàn)槠扑樗绍浀捻敯鍘r層存在較大的變形量，直接和上部的巖層進(jìn)行接觸很可能會(huì)導(dǎo)致離層現(xiàn)象的發(fā)生，因而在煤礦中進(jìn)行開(kāi)切眼支護(hù)一直都是較大的難題。文章中研究的某煤礦，煤層呈現(xiàn)節(jié)理裂隙的發(fā)育，整體較為破碎，震動(dòng)和爆破都會(huì)加大巖層脫落的可能性。傳統(tǒng)使用的是一次全斷面成巷的方式，會(huì)導(dǎo)致頂板出現(xiàn)較大的下沉量，對(duì)工作面的安全生產(chǎn)造成威脅。文章在分析自穩(wěn)隱形拱的相關(guān)概念基礎(chǔ)上，實(shí)施側(cè)面導(dǎo)洞二次開(kāi)挖的方式，最終安全成巷。

1 自穩(wěn)隱形拱概述

圍巖具有很好的自穩(wěn)能力，因而自穩(wěn)隱形拱理論認(rèn)為不管其呈現(xiàn)怎樣的松軟和破碎狀態(tài)，在連續(xù)介質(zhì)的基礎(chǔ)上圍巖出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象都是有止境的，定會(huì)在某個(gè)時(shí)間達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，松軟破碎的圍巖介質(zhì)，只要結(jié)構(gòu)體之間咬合緊密，同樣能夠達(dá)到平衡的狀態(tài)，這就是自穩(wěn)現(xiàn)象的本質(zhì)理論。自穩(wěn)隱形拱本質(zhì)理論認(rèn)為通過(guò)設(shè)置錨桿，能夠?qū)r體的抗拉強(qiáng)度增大，從而抑制局部巖體出現(xiàn)分離的現(xiàn)象，主要是因?yàn)殄^桿中的幫錨桿可以保證巷道幫部具有與剛性結(jié)構(gòu)類(lèi)型的體系支撐，而頂錨桿則可以將自穩(wěn)隱形拱縮小，從而增強(qiáng)頂板的穩(wěn)定性能。

通過(guò)對(duì)巷道的具體情況進(jìn)行分析，得出設(shè)置幫錨桿的長(zhǎng)度應(yīng)該在巷道高度的1.5倍以上，同時(shí)巷道頂部至少設(shè)置一個(gè)錨桿。在已知巷道巖體參數(shù)、巷道斷面形狀以及地應(yīng)力等參數(shù)的情況下，能夠進(jìn)行自穩(wěn)隱形拱曲線方程式的推導(dǎo)：

2 破碎頂板開(kāi)切眼支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 煤礦巷道概況

該切眼巷道的工作面處于整個(gè)采礦位置的東側(cè)，工作面的標(biāo)高在+420-+445m之間，煤層厚度大約在2.4-5.2m之間，平均煤層厚度為3.8m，整體屬于中厚的煤層，工作面的構(gòu)造為單斜狀，兩翼大約呈現(xiàn)3-8°的傾角，大多為3°。煤層的頂部大多都是粉砂巖和石英砂巖，直接定的發(fā)育較為破碎、變形量大、穩(wěn)定性不佳，而底板則多為粉砂巖、石英砂巖以及砂質(zhì)泥巖。整體來(lái)說(shuō)，煤層的頂板破碎、松軟，容易出現(xiàn)冒落。而煤層的節(jié)理發(fā)育也呈現(xiàn)破碎的裝藥，通過(guò)爆破能夠使大多數(shù)的煤體脫落，局部地區(qū)可以使用人工挖掘的方式。

2.2 巷道的開(kāi)切眼支護(hù)方案

在本開(kāi)切眼支護(hù)方案中設(shè)置的凈斷面規(guī)格為5×2.5m，巷道的施工分為二次掘進(jìn)，于巷道切眼的后側(cè)使用側(cè)導(dǎo)硐，先闊寬度與后闊寬度分別為3.2m和1.8m。首先實(shí)施頂板支護(hù)的工程，以錨桿和錨索作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要工具，同時(shí)輔以桁架鋼帶配合支護(hù)，前者通過(guò)徑向力可以起到約束圍巖的作用，而后者則進(jìn)行環(huán)向的約束，二者配合使用能夠顯著改善圍巖的支護(hù)性能。

基于前文中公式（1）和公式（2）能夠得出巷道開(kāi)切眼的自穩(wěn)隱形拱的高度以及極限的自穩(wěn)隱形拱高度分別為3.87m以及5.29m?；谠搮?shù)選擇合適的錨桿與錨索，文中通過(guò)性能分析以及綜合考慮成本、施工難度等因素之后選擇使用燈籠架錨索17.8-L8.3m，先擴(kuò)施工部分的錨桿與錨索之間的距離控制在740mm左右，使用規(guī)格為T(mén)100-L3200的桁架鋼帶，后擴(kuò)部分選擇同樣規(guī)格的桁架鋼帶，但是控制錨桿或者錨索之間的距離為700mm。需要注意的是，在整個(gè)施工過(guò)程中，保持不低于50kN和150kN的錨桿預(yù)緊力和錨索預(yù)緊力。

接下來(lái)實(shí)施巷幫的支護(hù)工程，在巷道的開(kāi)切眼后幫使用錨桿進(jìn)行局部支護(hù)，配合使用菱形鐵絲網(wǎng)增強(qiáng)支護(hù)的穩(wěn)定性。巷幫支護(hù)使用的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為18×L1800，保持錨桿之間的距離為600mm，巷道開(kāi)切眼工作面的兩側(cè)使用單體掛防護(hù)網(wǎng)與背板結(jié)合的支護(hù)方式，在支架安裝完成之后要及時(shí)撤除；除此之外，還需要進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)的施工，在巷道開(kāi)切眼的后方應(yīng)用單體柱，增強(qiáng)局部的穩(wěn)定性，于先擴(kuò)導(dǎo)硐的中間位置以及非采空的區(qū)域中進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)的設(shè)置，單體支柱之間的排距控制在700mm。

2.3 破碎頂板開(kāi)眼支護(hù)技術(shù)的結(jié)果監(jiān)測(cè)

首先對(duì)支護(hù)巷道進(jìn)行礦壓的觀測(cè)，礦壓觀測(cè)主要是通過(guò)對(duì)錨桿、錨索以及巷道周邊的圍巖產(chǎn)生的位移情況進(jìn)行分析，綜合掌握錨桿支護(hù)的運(yùn)行狀態(tài)，基于觀測(cè)的參數(shù)對(duì)錨桿錨索的支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，及時(shí)找出支護(hù)中存在的缺陷和不足，采取針對(duì)性的措施糾正和優(yōu)化，保證巷道工作面的安全與可靠。

在文章中對(duì)該巷道的開(kāi)切眼礦壓檢測(cè)的內(nèi)容有：錨桿的受力狀態(tài)和頂板離層狀態(tài)。錨桿的受力大小能夠幫助工作人員對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷是否出現(xiàn)破損或者是屈服現(xiàn)象，保證參數(shù)在合理的范圍之內(nèi)；而頂板離層的參數(shù)能夠評(píng)估錨固區(qū)域當(dāng)中圍巖的離層狀態(tài)以及錨桿支護(hù)的合理與否。文章中的巷道開(kāi)切眼中共設(shè)置有礦壓檢測(cè)的站點(diǎn)3處，之間相隔35m左右。

從對(duì)典型錨桿進(jìn)行支護(hù)狀態(tài)的檢測(cè)來(lái)看，最大的錨固受力為88.23kN和89.62kN，其還具有一定的儲(chǔ)備系數(shù)，能夠有效的保證想到工作面的安全。在觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，開(kāi)挖初期錨桿由于應(yīng)力松弛的現(xiàn)象沒(méi)有進(jìn)入工作狀態(tài)，隨著二次擾動(dòng)產(chǎn)生的影響，其承受的荷載不斷上升，直到達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)。A測(cè)點(diǎn)位于巷道的進(jìn)風(fēng)順槽和開(kāi)切眼的交叉口位置，其主基點(diǎn)發(fā)生離層的最大值為6.2mm，最深的基點(diǎn)發(fā)生的最大離層為13.23mm；B測(cè)點(diǎn)的位置在進(jìn)風(fēng)槽和開(kāi)切眼交叉口的下方，距離先掘切眼約20m的位置，其主要基點(diǎn)與深層基點(diǎn)的最大離層值分別為1.50mm與7.68mm；C測(cè)點(diǎn)的位置在進(jìn)風(fēng)槽和開(kāi)切眼交叉口之下距離先掘切眼40m左右的位置，其主要基點(diǎn)與深層基點(diǎn)的最大離層值分別為2.69mm與7.20mm?？傮w來(lái)說(shuō)，A、B、C三個(gè)測(cè)點(diǎn)得到的頂板最大離層量較小，對(duì)巷道的破碎頂板的控制情況較好，證明錨桿與錨索支護(hù)的方式正確。體系結(jié)構(gòu)合理，對(duì)于控制巖層的變化起到非常重要的作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證某煤礦中的巷道工作面使用錨網(wǎng)索的支護(hù)方式能夠有效的抑制破碎巖層發(fā)生離層，確保工作面的安全，為提高施工質(zhì)量創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。

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作者簡(jiǎn)介：薛國(guó)建（1974-），男，籍貫：山西省應(yīng)縣，助理工程師，注冊(cè)安全工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作，研究方向：煤礦開(kāi)采技術(shù)。