摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦機(jī)械化程度的提高，綜放工作面的開采日益普遍，需要開切眼的斷面也相繼變大。彬長胡家河煤礦煤層埋藏較深，經(jīng)過鑒定本煤層存在沖擊地壓的危險(xiǎn)，為了保證大型綜放設(shè)備的安裝，采用二次掘進(jìn)的方法施工切眼，切眼最寬處可達(dá)10m。二次掘進(jìn)時(shí)，巷道發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象，為了保證工作面順利安裝，采用了“卸壓+加強(qiáng)支護(hù)+讓壓”的方法，通過監(jiān)測和現(xiàn)場觀察驗(yàn)證了支護(hù)的可行性。事實(shí)證明，該優(yōu)化后的支護(hù)參數(shù)可靠性，為其他具有沖擊地壓和大斷面開切眼的礦井提供可靠的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；二次掘進(jìn)；大斷面開切眼；支護(hù)參數(shù)

引言

沖擊地壓是指井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬時(shí)釋放而產(chǎn)生突然劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。2015年1月15日，北京天地科技公司提交了礦井沖擊傾向性鑒定報(bào)告，報(bào)告結(jié)果表明胡家河礦4#煤層具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)性。2月15日省煤監(jiān)局組織專家對該鑒定報(bào)告進(jìn)行了評審，專家組一致認(rèn)為沖擊地壓鑒定報(bào)告科學(xué)合理、切實(shí)可行。

陜西彬長胡家河礦業(yè)公司經(jīng)鑒定為沖擊地壓災(zāi)害礦井，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2014年礦井累計(jì)沖擊地壓顯現(xiàn)8次，2015年礦井累計(jì)發(fā)生沖擊地壓顯現(xiàn)3次。以上沖擊地壓顯現(xiàn)時(shí)均給現(xiàn)場造成了嚴(yán)重的破壞，瞬間造成巷道頂板下沉、漏頂，底板鼓起、開裂，幫部收斂、片幫，風(fēng)、水管路掉落，皮帶散架，綜掘機(jī)移位，設(shè)備損壞，巷道揚(yáng)塵嚴(yán)重，人員受傷等嚴(yán)重破壞現(xiàn)象，導(dǎo)致正常生產(chǎn)無法繼續(xù)開展，現(xiàn)場施工人員人身安全受到嚴(yán)重威脅等。在胡家河礦井，由于沖擊地壓顯現(xiàn)造成的破壞曾經(jīng)導(dǎo)致巷道頂板瞬時(shí)下沉量達(dá)到0.8m，兩幫收斂量達(dá)到2m，底板鼓起量達(dá)到1.5m，出現(xiàn)漏頂?shù)那闆r下甚至導(dǎo)致通風(fēng)受阻、無法排水的危險(xiǎn)情況，往往給礦井帶來次生災(zāi)害。另外，由于沖擊地壓災(zāi)害導(dǎo)致巷道掘進(jìn)速度減慢，巷道無法按時(shí)完工，礦井采掘接續(xù)陷入困局，導(dǎo)致困局半年時(shí)間內(nèi)無煤可采，給礦井的生產(chǎn)經(jīng)營帶來巨大挑戰(zhàn)。沖擊地壓給一線工人也帶來了巨大的心理壓力，經(jīng)歷過沖擊地壓顯現(xiàn)的工人由于無法適應(yīng)這種危險(xiǎn)環(huán)境，大多選擇了離開一線崗位，最終導(dǎo)致一線員工大量流失，無法組織生產(chǎn)活動。在煤礦災(zāi)害治理方面，國際上一致認(rèn)為沖擊地壓是目前最難治理的地質(zhì)災(zāi)害之一。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

該工作面為4號煤層，賦存穩(wěn)定，厚度19.5～26.5m，平均厚度約22.0m，總體趨勢從工作面南西側(cè)向北東側(cè)逐步變薄，上分層平均可采厚度約13.5m。煤層底板埋深664～750m，總體趨勢從工作面西側(cè)向切眼先減小再增大，工作面最西側(cè)煤層底板埋深約730m，向切眼方向總體趨勢逐步變淺，距離切眼約1180m處底板埋深最淺，約664m，然后向切眼逐步變深，最深達(dá)745m。底板標(biāo)高+335～+450m，總體趨勢從工作面南西側(cè)向北東側(cè)煤層底板逐步升高，最高處為切眼附近。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含兩層夾矸，且位于煤層的中上部，夾矸厚度一般小于0.3m。4號煤層為穩(wěn)定煤層，其頂板巖性以灰～深灰色粉砂巖、泥巖為主，底板則以灰～灰褐色鋁質(zhì)泥巖為主。

1.2 施工概況

開切眼采用二次成巷的掘進(jìn)方式，一次掘進(jìn)斷面寬為5.1m，高為3.7m；二次掘進(jìn)斷面寬為3.4m，高為3.7m。最終形成斷面寬為8.5m，高為3.7m的大型斷面。（見圖1、圖2）

2 圍巖破壞變形因素分析

（1）原巖在未開挖時(shí)，原巖應(yīng)力在一定時(shí)期內(nèi)是相對平穩(wěn)。當(dāng)開挖后，切眼圍巖的原應(yīng)力遭到破壞，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，從而引起周圍巖體的變形、位移、甚至破壞。

（2）401105工作面埋藏較深，煤層底板埋深約為664～750m。開采深度越深，上覆巖層重量越大，支承應(yīng)力越高，因此，切眼變形及破壞的程度也隨之增大。

（3）工作面厚及特厚煤層具有沖擊危險(xiǎn)性為沖擊地壓的發(fā)生提供了條件。401105工作面煤層厚度19.5～26.5m，平均厚度約22.0m，上分層平均可采厚度約13.5m。因此，施工切眼時(shí)極有可能發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象。

（4）開切眼寬度也是影響變性原因之一。在埋深、斷面形式、圍巖特性等影響因素確定的條件下，跨度對圍巖松動范圍的影響表現(xiàn)為：跨度越大，頂板松動范圍越大，頂板越易失穩(wěn)。

3 大斷面切眼支護(hù)理論

大斷面開切眼支護(hù)控制頂板是關(guān)鍵，胡家河礦401105工作面切眼采用采用二次掘進(jìn)的方法，高強(qiáng)度錨索網(wǎng)和單體液壓支柱聯(lián)合支護(hù)，有效地控制頂板下沉。

（1）傳統(tǒng)的支護(hù)理論認(rèn)為錨桿、錨索主要起懸吊作用。錨桿、錨索的高強(qiáng)度支護(hù)可以對切眼圍巖施加一定的壓力，在頂板錨固區(qū)域內(nèi)形成“壓力帶”，使圍巖由單向或雙向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，變被動為主動，有效地減弱圍巖的受拉、受剪破壞，改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，可以有效控制圍巖離層、裂隙發(fā)育等變形。

（2）通過二次掘進(jìn)可以在先掘進(jìn)的巷道基礎(chǔ)上，使用單體液壓支柱輔助支護(hù)，從而達(dá)到減小開切眼有效跨度的作用，在一定程度上改善頂板巖層結(jié)構(gòu)的整體性，有利于大斷面切眼的施工和頂板的管理。

4 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

開切眼開挖后，會引起圍巖應(yīng)力的重新分布，煤層本身具有沖擊性，胡家河礦井提出了“卸壓+加強(qiáng)支護(hù)+讓壓”支護(hù)方法。

4.1 沖擊地壓解危措施

401105工作面切眼分兩次施工，均采取迎頭大孔徑卸壓措施，三花眼布置，孔徑為113mm，孔深50m，距底板高度為1200mm。每掘進(jìn)40m工作面迎頭重新施工一組大孔徑卸壓孔，一次掘進(jìn)施工卸壓孔孔間距1.2m，二次刷擴(kuò)時(shí)卸壓孔孔間距0.8m。

4.2 巷道支護(hù)參數(shù)

（1）錨桿采用φ22×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為700×700mm矩形布置，外露長度10～40mm，錨桿托板采用Q235鋼板，規(guī)格為150×150×8mm，頂部錨桿固定W鋼帶，規(guī)格5100×280×3mm，兩幫鋼帶以下錨桿固定鋼筋梯相連，鋼筋梯用φ14圓鋼加工，規(guī)格為100×1500mm，100×2200配合使用。

（2）網(wǎng)片采用8#鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)幅1000×10000mm，搭接長度為100mm，使用16#雙股鐵絲隔孔相連，扎距為200mm。

（3）錨索采用φ21.8×7100mm鋼絞線，間排距1200×1400mm，3-3矩形布置，錨索托盤采用300×300×16mmQ235碟形托盤、導(dǎo)向環(huán)，錨索梁采用1800mm長20#槽鋼，距兩端200mm處各打設(shè)長50mm×寬25mm的孔一個(gè)，每個(gè)錨索梁打設(shè)2根錨索，平行于巷道中心線方向布置。

錨桿錨固力頂板為120KN（17.6MPa），幫部為100KN（14.7MPa）；錨索預(yù)緊力不低于200KN（29.4MPa），錨固力不低于300KN（44.1MPa）。

5 礦壓觀測

（1）錨桿（索）受力監(jiān)測。錨桿（索）測力計(jì)可以反映出巷道支護(hù)后，巷道錨桿（索）工作狀態(tài)，指導(dǎo)安全施工。錨索測力計(jì)在頂部位置處布置3個(gè)，錨桿測力計(jì)在頂部布置3個(gè)，左、右兩幫各1個(gè)。

（2）頂板離層監(jiān)測。利用九點(diǎn)離層監(jiān)測儀對頂板深部巖層的移動進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)深部位移量稍大時(shí)及時(shí)反饋，進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，保證巷道安全。

（3）巷道表面位移監(jiān)測。利用帶收斂環(huán)的錨桿碟形托盤對巷道斷面進(jìn)行收斂監(jiān)測。

（4）通過微震和地音系統(tǒng)進(jìn)行沖擊地壓監(jiān)測。未發(fā)現(xiàn)頂板下沉現(xiàn)象，掘前卸壓和巷道加密布置提高了巷道的穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

（1）為了保證大型設(shè)備的安裝，大斷面切眼二次掘進(jìn)，并配合單體液壓支柱支護(hù)，減小了上覆巖層的壓力，有利于頂板管理。

（2）采用“卸壓+加強(qiáng)支護(hù)+讓壓”的理論，同時(shí)加密錨索布置起到了減跨的作用，巷道頂板更加完整，有效地防治了沖擊地壓的發(fā)生。為其他沖擊地壓大斷面切眼的施工提供了參考依據(jù)。

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作者簡介：焦小年（1968-），男，陜西洛南人，工程師，畢業(yè)于重慶煤炭工業(yè)學(xué)院礦井建設(shè)專業(yè)，現(xiàn)就職于陜煤彬長胡家河礦業(yè)有限公司，從事于沖擊礦壓、煤礦開采相關(guān)研究工作。