◎魯尚軍 馬立功

隨著煤礦行業(yè)的迅猛發(fā)展，各種先進的生產(chǎn)工藝與煤礦生產(chǎn)完美結(jié)合，使煤礦產(chǎn)能進一步被開發(fā)，建設(shè)千萬噸大礦早已不是夢想，各種大型機械設(shè)備在煤礦的應(yīng)用越來越廣泛，但同時也會面臨一些困難：大型機械設(shè)備需要更大的安裝使用空間，在掘進施工過程中，大斷面巷道的施工工藝以及支護方式將會是所有大型礦井面臨的問題，是急于解決的問題，施工工藝及支護方式已被高度重視。

根據(jù)曉南礦煤礦實際情況，以斷面積在20㎡以上的斷面界定為大斷面。根據(jù)地質(zhì)條件不同，大斷面巷道的施工工藝及支護方式也會不同，結(jié)合曉南礦的復(fù)雜地質(zhì)條件，對采煤工作面切眼大斷面巷道的施工工藝、支護方式進行探討和分析，對其他地質(zhì)條件的大斷面巷道施工方法提供理論依據(jù)及實踐指導(dǎo)。

一、巷道破壞形態(tài)及分析

錨桿支護巷道變形破壞的過程如下：頂板整體穩(wěn)定性遭到掘進破壞而離層彎曲，金屬網(wǎng)下垂形成掉包；兩幫在頂板巖層擠壓下發(fā)生變形、片幫，上部錨網(wǎng)控制區(qū)內(nèi)擠壓成凸形，下部煤巖壁片幫，錨桿失效；底板自由變形，底鼓現(xiàn)象普遍，巷道總體空間收斂，最終造成巷道變形破壞。壓力顯現(xiàn)明顯的主要原因：支護參數(shù)設(shè)計不當(dāng)，巷道成形質(zhì)量及支護質(zhì)量差是錨網(wǎng)支護巷道變形破壞的關(guān)鍵所在。

1.主要原因有：

（1）巷道成形質(zhì)量差。

巷道成形不均，凹凸不平，承壓不均勻，造成局部地段壓力集中，使設(shè)計支護強度不能承擔(dān)頂板壓力，造成掉包、變形，最終破壞。

（2）支護質(zhì)量差。

錨桿托盤緊固不及時，端頭錨固的錨桿支護方式就是依靠托盤提供錨固力的，根據(jù)樹脂藥卷特性，要求藥卷在凝固后3至5分鐘，就要立即對錨桿進行預(yù)緊，預(yù)緊不及時，就會導(dǎo)致巷道受力在平衡的過程中隨圍巖的蠕動變形被自然“預(yù)緊”，致使初始圍巖運動不受限制，層間結(jié)構(gòu)強度大大減弱，圍巖松動圈進一步擴大，為巷道變形破壞提供了條件。

（3）錨桿支護設(shè)計不合理。

錨桿支護設(shè)計一般按照經(jīng)驗類比法進行設(shè)計，缺乏理論依據(jù)，尤其在大斷面巷道的施工過程中，一方面缺少斷面類比數(shù)據(jù)及經(jīng)驗，另一方面經(jīng)驗類比法也不可靠，類比法雖能滿足部分巷道對支護強度的要求，但更多情況下是強度過大造成隱形浪費，或強度不夠造成巷道破壞。

2.采取的措施：

（1）采用綜掘工藝施工巷道，與爆破施工工藝比較，更具安全性，且在巷道成形及對圍巖的破壞方面更有優(yōu)勢。

（2）確保施工質(zhì)量，尤其在錨桿預(yù)緊及錨桿間排距、巷道成型方面。

（3）采用更科學(xué)的錨桿支護設(shè)計方法，依靠先進的支護理論設(shè)計巷道支護用的錨桿長度、間排距等，是支護設(shè)計更科學(xué)，更可靠，且能提高施工進度，節(jié)支降耗。

二、斷面設(shè)計

巷道斷面及其尺寸是巷道斷面設(shè)計的主要參數(shù)，是巷道掘進施工與支護的依據(jù)，我國煤礦巷道的斷面形狀常選用矩形、梯形、直墻圓拱形斷面，其合理與否直接影響到煤礦生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟效果。本論文以鐵法煤業(yè)集團曉南煤礦北一1501切眼工作面為例進行探討研究。

1.巷道尺寸的確定。

由于切眼設(shè)計要滿足回采準備期間三機和液壓支架安裝條件，經(jīng)設(shè)備選型后，將巷道掘進斷面確定為高3000mm，掘進寬度7000mm。從用途方面考慮，矩形斷面可滿足需要。

2.從斷面形狀受力方面考慮。

先從矩形斷面、半圓拱形斷面的受力情況做一比較：

（1）矩形斷面巷道中，頂板簡化為兩邊固定、受均勻分布載荷的壓力，該斷面巷道頂板受巷幫巖體的支撐作用，給巖體的反作用力并非是均勻分布的。即巷道幫部作為支點，幫部承擔(dān)頂幫交接處的壓力，該處頂板不承壓，頂板中頂處壓力集中，從現(xiàn)場觀察，也是中頂處頂板最先變形、甚至破壞，也就是說矩形斷面并不能把壓力均勻分布，而是造成壓力集中，容易發(fā)生冒頂事故，且?guī)筒枯^高，巷高小于2m時還能支撐，如果換做巷高達到5.2m的大斷面，幫部太高，極易造成偏幫，發(fā)生事故。

（2）分析拱形斷面受力，頂板處圍巖給頂板施加的壓力仍然是均勻分布的。該斷面由于頂板成半圓形，頂板作用給圍巖的作用力方向是與巷道設(shè)計輪廓線切線垂直，通過半圓周反作用力的合力，與頂板壓力達到平衡。

三、支護設(shè)計

煤礦進行巷道支護是為了使巷道圍巖進行穩(wěn)定的一種措施，用支護的方式防止圍巖發(fā)生運動甚至坍塌，提高圍巖自身的支持能力，從而來維護正常的工作。在對巷道進行支護時，選擇的材料支護方式很多，有木質(zhì)支架、金屬支架以及錨桿支護等，最初是使用木質(zhì)支架進行巷道支護的，但是由于井下環(huán)境潮濕，木質(zhì)材料長時間易于變質(zhì)腐爛，造成支護效果差。金屬支架運輸困難，成本高，施工難度大。錨桿支護方式工藝簡單，支護效果好，成本低，所以將支護方式確定為錨網(wǎng)索噴支護。

四、實踐及結(jié)論

將曉南煤礦北一1501切眼工作面的大斷面作為實驗對象。該斷面掘進高度3000mm，掘進寬度7000mm，掘進斷面積21m3。在施工該大斷面巷道時，要提前探明頂板巖性，選擇頂板穩(wěn)定、巖性整體性好的地段施工，更能保證巷道在施工、使用時的效果。

根據(jù)具體情況及理論計算，最終選定錨桿長度為2200mm，間排距為800×900mm，錨索長度5200mm，錨索直徑Φ21.6，間排距為1800×1800mm。

在該條件下按照該方法施工，北一1501切眼工作面的大斷面在施工過程中頂板穩(wěn)定，未發(fā)生片幫及冒頂事故，且整個安裝過程中，頂板情況依然良好，無明顯下沉現(xiàn)象綜采工作面回采期間，在巷道內(nèi)架木垛加強支護，使該斷面順利回采，最終達到施工、使用、回撤均順利、安全。

五、總結(jié)

在煤礦設(shè)備大型化的趨勢下，大斷面巷道的掘進施工、使用效果及回采安全均已成為必須面臨和解決的困難，本文從理論上分析計算，在曉南煤礦北一1501切眼工作面進行了實踐，取得了良好效果，但煤礦頂板冒落的本質(zhì)機理十分復(fù)雜，理論傳統(tǒng)的計算與實際情況存在差別，不同地質(zhì)條件下的大斷面將面臨哪些不同的問題，還有待進一步研究。