梁 杰

（山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

在煤礦井下作業(yè)的過程中，將開切眼技術(shù)應(yīng)用到煤礦井下作業(yè)當(dāng)中可以保證生產(chǎn)、開采的安全性，然而將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到破碎頂板當(dāng)中具有一定的難度。這是由于破碎頂板周圍的頂板板巖層存在巨大的變形因素，將破碎頂板和上部巖層直接的接觸會(huì)導(dǎo)致離層現(xiàn)象的出現(xiàn)，所以開切眼支護(hù)技術(shù)在煤礦中進(jìn)行存在一定的難度。對(duì)煤礦當(dāng)中出現(xiàn)煤層節(jié)理裂隙的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，導(dǎo)致巖層脫離現(xiàn)象的因素不僅是煤層呈現(xiàn)節(jié)理裂隙的發(fā)育，還有整體破碎程度和震動(dòng)程度較大的情況下都可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)脫現(xiàn)象。傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)主要是應(yīng)用一次全斷面的成巷方式，這種支護(hù)方式會(huì)導(dǎo)致下沉量的增加，出現(xiàn)安全問題的因素增大。對(duì)自穩(wěn)隱形拱的概念進(jìn)行了分析。并在此基礎(chǔ)上對(duì)側(cè)面導(dǎo)洞實(shí)施了二次開挖方式，將煤礦作業(yè)安全隱患將達(dá)最低。

1 自穩(wěn)隱形拱的作用分析

圍巖的具有加強(qiáng)的自隱能力，所以在對(duì)自穩(wěn)隱形拱理論分析的基礎(chǔ)上不論出現(xiàn)哪種形式的松軟和破碎現(xiàn)象，在對(duì)圍巖進(jìn)行連續(xù)介質(zhì)的基礎(chǔ)上都可以制止圍巖出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，一定會(huì)在不確定的時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)于松軟破碎的圍巖介質(zhì)來說，只要其中的結(jié)構(gòu)體緊密程度達(dá)到，同樣能夠保證圍巖的平衡能力。在自穩(wěn)隱形拱本質(zhì)理論中明確利用錨桿支護(hù)技術(shù)，可以在很大程度上增大巖體的抗拉強(qiáng)度，從而防止局部巖體分離現(xiàn)象的產(chǎn)生。這是由于錨桿當(dāng)中的幫錨桿能夠?qū)ο锏缼筒啃纬蓜傂越Y(jié)構(gòu)，并起到相應(yīng)的支撐作用，錨桿中的頂錨桿可以有效的縮小自穩(wěn)隱形拱，從而有效的保證頂板的穩(wěn)定性。

2 切開眼的施工順序

結(jié)合以往煤礦中且開眼的經(jīng)驗(yàn)，在知道切眼頂板為16-17-23120 應(yīng)力集中的條件下，要想更好的保證掘進(jìn)時(shí)頂板的安全系數(shù)增加，把16-17-23120 開切眼為基礎(chǔ)分為二次掘進(jìn)，先對(duì)單切眼進(jìn)行一次掘進(jìn)，之后再擴(kuò)大切眼。要想改善掘進(jìn)機(jī)作業(yè)中造成的改拆托棚和木垛產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象，將綜掘施工改成炮掘施工，并將單眼掘進(jìn)的高度和寬度分別定位3 m 和3.6 m，擴(kuò)切眼的掘金寬度和高度設(shè)置為3.4 m 和3 m。可以通過以下的順序進(jìn)行單切眼安全施工。首先，要對(duì)頂板、瓦斯和工程質(zhì)量進(jìn)行安全確認(rèn)；第二，對(duì)巖層進(jìn)行打眼裝藥放炮；其三，對(duì)頂部和幫助進(jìn)行敲擊，將圍巖周圍的活矸清除干凈。第四，選擇2 根為3 m 長的單體液壓支柱進(jìn)行臨時(shí)的支護(hù)，并且要求大頂板的厚度要大于或等于80 mm，其寬度要等于大于150 mm，長度要在1.2 m～1.5 m 之間。第五，在作業(yè)當(dāng)中掛8#冷拔絲頂金屬網(wǎng)，并將拔絲頂金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)；第六，施工組也當(dāng)中要采用頂錨桿和頂錨索孔并進(jìn)行安裝；第七，要在下段應(yīng)力集中區(qū)掛幫網(wǎng)，在施工的兩個(gè)幫部幫錨桿。最后當(dāng)單切眼貫通后拆除膠帶。

3 開切眼支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用方案

1）結(jié)合切眼周圍的巖性與上覆十五層的間距對(duì)上覆戊組的煤柱的影響情況分析，并根據(jù)幾類相似情況下的開切眼支護(hù)經(jīng)驗(yàn)分析，將分段支護(hù)法應(yīng)用到其中。切眼上段利用錨網(wǎng)索和木垛托棚結(jié)合的方式進(jìn)行支護(hù)，如下頁圖1 所示。切開眼下段利用錨網(wǎng)索結(jié)合梯形對(duì)棚加托棚木垛的方式對(duì)邊界煤柱作用下切開眼進(jìn)行支護(hù)，如下頁圖2 所示。利用長錨索對(duì)切開眼周圍的巖層頂板進(jìn)行加固預(yù)緊作用，促使開切眼6 m范圍內(nèi)的頂板形成一個(gè)整體，降低出現(xiàn)離層的現(xiàn)象，并且能夠?qū)㈨敯迦χ車膸r體固定到相對(duì)穩(wěn)定的巖體上，從而保證了頂板不出現(xiàn)垮落現(xiàn)象。

圖1 切眼上段（170 m～220 m）支護(hù)斷面示意（單位：mm）

圖2 切眼下段（0～170 m）支護(hù)斷面示意（單位：mm）

2）對(duì)于切眼下段采用了梯形棚進(jìn)行支護(hù)，可以有效的避免應(yīng)力集中過大從而導(dǎo)致錨網(wǎng)鎖支護(hù)產(chǎn)生的垮落現(xiàn)象[1]，降低隱蔽工程帶來的安全威脅。

3）利用加托棚和木垛技術(shù)縮短切眼的距離，特別是當(dāng)切開眼下應(yīng)力增大的情況下，充分的對(duì)頂部巖層的整體性進(jìn)行了改善。

4）在某個(gè)煤礦中曾經(jīng)出現(xiàn)過在相似的情況下成功的實(shí)現(xiàn)了切開眼支護(hù)。比如以己16-17-23010 開切眼為例，全錨支護(hù)具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)對(duì)己16～17 煤層頂板、兩幫的煤體進(jìn)行掘進(jìn)后，出現(xiàn)了較為熟悉的應(yīng)力分布及礦壓現(xiàn)象情況，之后結(jié)合實(shí)際的情況調(diào)正支護(hù)的方案。

4 煤礦巷道的分析和研究

結(jié)合整個(gè)采礦位置分析該切眼巷道處于整體的東側(cè)，該切眼的工作面標(biāo)注的高度在+420 m～+445 m之間，大概的煤層厚度在2.4 m～5.2 m之間，整體煤層的厚度在3.8 m，從整體分析屬于中厚煤層，工作面形成單斜的形狀，通過對(duì)兩翼進(jìn)行測量傾斜角度大約為3°～8°，大部分的傾角度數(shù)為3°。煤層頂部的巖層成分主要是粉砂巖和石英砂巖，頂部的巖層直接破碎、變形較為嚴(yán)重，并且具有不穩(wěn)定性。地板的巖層主要是由粉砂巖、石英砂巖以及砂質(zhì)泥巖這三種成分，從整體分析，煤層頂板圍巖的破碎程度、松軟程度較為嚴(yán)重，容易導(dǎo)致出現(xiàn)冒落現(xiàn)象。在煤層的節(jié)理發(fā)育中也呈現(xiàn)出破碎裝藥現(xiàn)象，經(jīng)過爆破會(huì)導(dǎo)致大多數(shù)的煤體脫落，在其他部分可以通過人工掘進(jìn)的方式。

5 巷道中應(yīng)用開切眼支護(hù)技術(shù)的策略

在巷道中使用切開眼支護(hù)方案將進(jìn)斷面的規(guī)格設(shè)置為5 m×2.5 m，將巷道施工分成二次掘進(jìn)，將側(cè)導(dǎo)銅使用到巷道切眼的后方，先闊寬度為3.2 m、后闊寬度為1.8 m。錨桿和錨索是實(shí)施頂板支護(hù)工程中的主要工具，并且要與桁架鋼帶相結(jié)合進(jìn)行支護(hù)，錨桿和錨索的應(yīng)用可以形成徑向力對(duì)威嚴(yán)起到約束的作用，而與桁架鋼帶的結(jié)合可以進(jìn)行環(huán)向的約束，只有將二者相互配合使用才能充分的完善對(duì)圍巖的支護(hù)作用。通過以上的分析，計(jì)算出巷道切開眼的自隱隱形拱的高度為3.87 m，極限的自隱隱形拱的高度為5.29 m，根據(jù)計(jì)算出來的參數(shù)選擇符合條件的錨桿和錨索[2]，對(duì)錨桿性能、綜合陳本和施工難度等因素的充分分析將燈籠架錨索17.8 m～18.3 m 應(yīng)用到其中，先進(jìn)行擴(kuò)施工的錨桿和錨索之間的距離可規(guī)定在740 mm 左右，桁架鋼帶的使用規(guī)格為T100-L3200，T100-L3200 桁架鋼帶同樣可以使用到后擴(kuò)部分，然而這次將錨桿或者錨索之間的距離控制在700 mm。同時(shí)需要注意的是從整體施工過程考慮，錨桿預(yù)緊力和錨索預(yù)緊力要等于或者大于50 kN 和150 kN 之間。之后巷幫進(jìn)行支護(hù)施工，錨桿對(duì)巷道切開眼的后幫進(jìn)行局部支護(hù)，并結(jié)合棱形鐵絲網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)的穩(wěn)定性。左旋螺紋鋼錨桿是巷幫支護(hù)的主要支護(hù)方式，并且將規(guī)格規(guī)定為18×L1800，錨桿之間的距離設(shè)定為600 mm，單體掛防護(hù)網(wǎng)與背板相結(jié)合的方式作為切開工作面兩側(cè)的支護(hù)，當(dāng)安裝好支架后要對(duì)其進(jìn)行拆除。此外需要加大臨時(shí)支護(hù)施工的強(qiáng)度，單體柱應(yīng)用到巷道切開眼的后側(cè)從而改善巷道局部的穩(wěn)定性，對(duì)于先擴(kuò)導(dǎo)銅的中間位置和非采空區(qū)中要設(shè)置臨時(shí)的加強(qiáng)支護(hù)，并且單體支柱之間的距離控制在700 mm左右。

6 監(jiān)測分析破碎頂板開眼支護(hù)技術(shù)的結(jié)果

破碎頂板切開眼支護(hù)技術(shù)檢測的過程中首先觀測的是支護(hù)巷道的礦壓情況，通過對(duì)錨桿、錨索和巷道周圍的巖層的移動(dòng)情況進(jìn)行充分的分析從而完成礦壓觀測，對(duì)錨桿支護(hù)的運(yùn)行狀態(tài)要全面的掌握，通過對(duì)觀察到的參數(shù)進(jìn)行分析從而調(diào)正和改善支護(hù)的方案，并找到錨桿支護(hù)應(yīng)用過程中存在的不足[3]，利用針對(duì)性的策略優(yōu)化支護(hù)方案，從而提高巷道工作面的穩(wěn)定性和安全性。巷道開切眼礦壓檢測首先要針對(duì)錨桿的受力情況和頂板離層的情況進(jìn)行檢測，通過檢測反饋出來的信息可以幫助工作人員對(duì)錨桿的支護(hù)情況進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，從而保證錨桿的受力和頂板離層的相關(guān)參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)于頂板離層檢測出來的參數(shù)可以對(duì)錨固區(qū)域和圍巖的離層情況以及使用錨桿的情況進(jìn)行分析。保證其使用在合理的范圍內(nèi)。

以上三點(diǎn)為巷道開切眼礦壓情況設(shè)置為主要檢測對(duì)象，并且將之間的距離設(shè)置在35 m 左右。通過對(duì)典型錨桿的實(shí)際支護(hù)情況檢測出來的數(shù)據(jù)分析，錨固的最大受力程度是88.23 kN 和89.62 kN，其中的儲(chǔ)備系數(shù)可以加強(qiáng)工作面安全性。在檢測的過程中可以發(fā)現(xiàn)，在初次挖掘階段由于應(yīng)力松弛導(dǎo)致無法進(jìn)入到工作的狀態(tài)，在二次擾動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生不斷的提升載荷能力，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的狀態(tài)。

7 結(jié)語

通過對(duì)煤礦巷道工作面中的開切眼支護(hù)技術(shù)在破碎頂板中的應(yīng)用情況分析，將錨網(wǎng)鎖和木垛托棚支護(hù)技術(shù)相結(jié)合的方式可以有效的防止破碎巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，從而有效的保障煤礦工作面的安全性和穩(wěn)定性，充分的保證了支護(hù)技術(shù)施工的質(zhì)量。