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嚴重的頂板離層冒落的現象，文章針對某煤礦中開切眼的實際情況，基于自穩相關理論，提出對礦中開切眼一側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。通過對支護效果進行監測與分析，該開切眼的優化設計方案能夠有效控制周邊的圍巖，即使是礦區的松軟破碎頂板也能夠實現安全支護。

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象的發生，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，煤層呈現節理裂隙的發育，整體較為破碎，震動和爆破都會加大巖層脫落的可能性。傳統使用的是一次全斷面成巷的方式，會導致頂板出現較大的下沉量，對工作面的安全生產造成威脅。文章在分析自穩隱形拱的相關概念基礎上，實施側面導洞二次開挖的方式，最終安全成巷。

1 自穩隱形拱概述

圍巖具有很好的自穩能力，因而自穩隱形拱理論認為不管其呈現怎樣的松軟和破碎狀態，在連續介質的基礎上圍巖出現冒頂現象都是有止境的，定會在某個時間達到相對穩定的狀態，松軟破碎的圍巖介質，只要結構體之間咬合緊密，同樣能夠達到平衡的狀態，這就是自穩現象的本質理論。自穩隱形拱本質理論認為通過設置錨桿，能夠將巖體的抗拉強度增大，從而抑制局部巖體出現分離的現象，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構類型的體系支撐，而頂錨桿則可以將自穩隱形拱縮小，從而增強頂板的穩定性能。

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、巷道斷面形狀以及地應力等參數的情況下，能夠進行自穩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，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，工作面的構造為單斜狀，兩翼大約呈現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，直接定的發育較為破碎、變形量大、穩定性不佳，而底板則多為粉砂巖、石英砂巖以及砂質泥巖。整體來說，煤層的頂板破碎、松軟，容易出現冒落。而煤層的節理發育也呈現破碎的裝藥，通過爆破能夠使大多數的煤體脫落，局部地區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格為5×2.5m，巷道的施工分為二次掘進，于巷道切眼的后側使用側導硐，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構的主要工具，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隱形拱的高度以及極限的自穩隱形拱高度分別為3.87m以及5.29m。基于該參數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，使用規格為T100-L3200的桁架鋼帶，后擴部分選擇同樣規格的桁架鋼帶，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增強支護的穩定性。巷幫支護使用的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿，規格為18×L1800，保持錨桿之間的距離為600mm，巷道開切眼工作面的兩側使用單體掛防護網與背板結合的支護方式，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，增強局部的穩定性，于先擴導硐的中間位置以及非采空的區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果監測

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生的位移情況進行分析，綜合掌握錨桿支護的運行狀態，基于觀測的參數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容有：錨桿的受力狀態和頂板離層狀態。錨桿的受力大小能夠幫助工作人員對其狀態進行評估，判斷是否出現破損或者是屈服現象，保證參數在合理的范圍之內；而頂板離層的參數能夠評估錨固區域當中圍巖的離層狀態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，能夠有效的保證想到工作面的安全。在觀測中發現，開挖初期錨桿由于應力松弛的現象沒有進入工作狀態，隨著二次擾動產生的影響，其承受的荷載不斷上升，直到達到相對平衡的狀態。A測點位于巷道的進風順槽和開切眼的交叉口位置，其主基點發生離層的最大值為6.2mm，最深的基點發生的最大離層為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。體系結構合理，對于控制巖層的變化起到非常重要的作用。

3 結束語

綜上所述，通過實踐驗證某煤礦中的巷道工作面使用錨網索的支護方式能夠有效的抑制破碎巖層發生離層，確保工作面的安全，為提高施工質量創造良好的基礎條件。

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，從事煤礦生產技術管理工作，研究方向：煤礦開采技術。