破碎頂板開切眼支護技術的運用分析

摘 要：為了保證破碎頂板開切眼支護的安全有效，防止在開挖過程中出現(xiàn)嚴重的頂板離層冒落的現(xiàn)象，文章針對某煤礦中開切眼的實際情況，基于自穩(wěn)相關理論，提出對礦中開切眼一側(cè)導洞實施二次掘進的方案，并計算得出實施開切眼支護方式需要的參數(shù)。通過對支護效果進行監(jiān)測與分析，該開切眼的優(yōu)化設計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。

關鍵詞：破碎頂板；開切眼支護；導洞

在煤礦開采的過程中，實施開切眼支護技術對于保證安全生產(chǎn)具有重要作用，但是基于破碎頂板實施該技術存在較大的難度。因為破碎松軟的頂板巖層存在較大的變形量，直接和上部的巖層進行接觸很可能會導致離層現(xiàn)象的發(fā)生，因而在煤礦中進行開切眼支護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，震動和爆破都會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，會導致頂板出現(xiàn)較大的下沉量，對工作面的安全生產(chǎn)造成威脅。文章在分析自穩(wěn)隱形拱的相關概念基礎上，實施側(cè)面導洞二次開挖的方式，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)的基礎上圍巖出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象都是有止境的，定會在某個時間達到相對穩(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)理論認為通過設置錨桿，能夠?qū)r體的抗拉強度增大，從而抑制局部巖體出現(xiàn)分離的現(xiàn)象，主要是因為錨桿中的幫錨桿可以保證巷道幫部具有與剛性結(jié)構(gòu)類型的體系支撐，而頂錨桿則可以將自穩(wěn)隱形拱縮小，從而增強頂板的穩(wěn)定性能。

通過對巷道的具體情況進行分析，得出設置幫錨桿的長度應該在巷道高度的1.5倍以上，同時巷道頂部至少設置一個錨桿。在已知巷道巖體參數(shù)、巷道斷面形狀以及地應力等參數(shù)的情況下，能夠進行自穩(wěn)隱形拱曲線方程式的推導：

2 破碎頂板開切眼支護技術的應用

2.1 煤礦巷道概況

該切眼巷道的工作面處于整個采礦位置的東側(cè)，工作面的標高在+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。整體來說，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 巷道的開切眼支護方案

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

基于前文中公式（1）和公式（2）能夠得出巷道開切眼的自穩(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。基于該參數(shù)選擇合適的錨桿與錨索，文中通過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T100-L3200的桁架鋼帶，后擴部分選擇同樣規(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，在整個施工過程中，保持不低于50kN和150kN的錨桿預緊力和錨索預緊力。

接下來實施巷幫的支護工程，在巷道的開切眼后幫使用錨桿進行局部支護，配合使用菱形鐵絲網(wǎng)增強支護的穩(wěn)定性。巷幫支護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，巷道開切眼工作面的兩側(cè)使用單體掛防護網(wǎng)與背板結(jié)合的支護方式，在支架安裝完成之后要及時撤除；除此之外，還需要進行臨時加強支護的施工，在巷道開切眼的后方應用單體柱，增強局部的穩(wěn)定性，于先擴導硐的中間位置以及非采空的區(qū)域中進行臨時加強支護的設置，單體支柱之間的排距控制在700mm。

2.3 破碎頂板開眼支護技術的結(jié)果監(jiān)測

首先對支護巷道進行礦壓的觀測，礦壓觀測主要是通過對錨桿、錨索以及巷道周邊的圍巖產(chǎn)生的位移情況進行分析，綜合掌握錨桿支護的運行狀態(tài)，基于觀測的參數(shù)對錨桿錨索的支護設計方案進行驗證，及時找出支護中存在的缺陷和不足，采取針對性的措施糾正和優(yōu)化，保證巷道工作面的安全與可靠。

在文章中對該巷道的開切眼礦壓檢測的內(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其狀態(tài)進行評估，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)能夠評估錨固區(qū)域當中圍巖的離層狀態(tài)以及錨桿支護的合理與否。文章中的巷道開切眼中共設置有礦壓檢測的站點3處，之間相隔35m左右。

從對典型錨桿進行支護狀態(tài)的檢測來看，最大的錨固受力為88.23kN和89.62kN，其還具有一定的儲備系數(shù)，能夠有效的保證想到工作面的安全。在觀測中發(fā)現(xiàn)，開挖初期錨桿由于應力松弛的現(xiàn)象沒有進入工作狀態(tài)，隨著二次擾動產(chǎn)生的影響，其承受的荷載不斷上升，直到達到相對平衡的狀態(tài)。A測點位于巷道的進風順槽和開切眼的交叉口位置，其主基點發(fā)生離層的最大值為6.2mm，最深的基點發(fā)生的最大離層為13.23mm；B測點的位置在進風槽和開切眼交叉口的下方，距離先掘切眼約20m的位置，其主要基點與深層基點的最大離層值分別為1.50mm與7.68mm；C測點的位置在進風槽和開切眼交叉口之下距離先掘切眼40m左右的位置，其主要基點與深層基點的最大離層值分別為2.69mm與7.20mm。總體來說，A、B、C三個測點得到的頂板最大離層量較小，對巷道的破碎頂板的控制情況較好，證明錨桿與錨索支護的方式正確。體系結(jié)構(gòu)合理，對于控制巖層的變化起到非常重要的作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過實踐驗證某煤礦中的巷道工作面使用錨網(wǎng)索的支護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)造良好的基礎條件。

參考文獻

[1]劉豐年.松軟破碎泥巖頂板開切眼支護技術研究[J].能源與節(jié)能，2014（10）：131-132+192.

[2]楊吉平，梁順，孫增飛，等.泥巖頂板大斷面開切眼錨梁網(wǎng)支護技術應用[J].煤炭工程，2010（1）：27-29.

[3]尹達君.富水破碎頂板大斷面開切眼圍巖控制技術[J].煤炭科學技術，2013，41（5）：35-38.

作者簡介：薛國建（1974-），男，籍貫：山西省應縣，助理工程師，注冊安全工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術管理工作，研究方向：煤礦開采技術。