綜采工作面設(shè)備安裝開(kāi)切眼的支護(hù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

王 力

（山西焦煤西山煤電西銘礦，山西 太原 030052）

引言

在煤礦開(kāi)采中，綜采工作面開(kāi)切眼是保證煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其主要用于對(duì)工作面回采工藝相關(guān)的綜采設(shè)備的安裝。開(kāi)切眼與工作面其他巷道不同，其主要表現(xiàn)為斷面跨度大，若對(duì)其支護(hù)不當(dāng)容易導(dǎo)致其頂板出現(xiàn)冒落、兩幫移近以及底板鼓出的問(wèn)題，為保證回采任務(wù)的順利完成需對(duì)開(kāi)切眼進(jìn)行多次維護(hù)[1]。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開(kāi)切眼的有效、穩(wěn)定支護(hù)對(duì)保證回采及綜采工作面設(shè)備的高效生產(chǎn)具有重要意義。本文將著重對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開(kāi)切眼進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，并對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

1 工程概況

本文以8702工作面為例開(kāi)展研究，并結(jié)合3號(hào)煤層的8702工作面與5號(hào)煤層的8704工作面的地質(zhì)情況綜合分析8702工作面的地質(zhì)情況，經(jīng)分析得出如下結(jié)論：

1）8702工作面總體地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且在工作面的開(kāi)切眼末端存在巖漿巖侵入的情況，為后續(xù)開(kāi)切眼的支護(hù)帶來(lái)較大的影響；

2）開(kāi)切眼位于工作面構(gòu)造簡(jiǎn)單的區(qū)域，所在區(qū)域的斷層落差較小；

3）在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，5號(hào)煤層8704工作面開(kāi)切眼存在頂板冒落的情況，因此需加強(qiáng)對(duì)3號(hào)煤層8702工作面的頂板支護(hù)；

4）現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖探測(cè)可知，開(kāi)切眼開(kāi)挖無(wú)瓦斯突出，但存在粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；

5）3號(hào)煤層8702工作面的開(kāi)切眼煤層處于節(jié)理裂隙發(fā)育的狀態(tài)，煤體相對(duì)松軟并處于破碎狀態(tài)[2]。3號(hào)煤層8702工作面的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 3號(hào)煤層8702工作面頂?shù)装迩闆r

2 開(kāi)切眼支護(hù)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬分析

2.1 開(kāi)切眼支護(hù)設(shè)計(jì)原則

針對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開(kāi)切眼的支護(hù)不僅需考慮最終的支護(hù)效果，而且還需考慮實(shí)際的支護(hù)成本。一般情況下，一個(gè)綜采工作面兩年即可開(kāi)采完畢，為避免開(kāi)切眼支護(hù)材料的浪費(fèi)，在實(shí)際支護(hù)過(guò)程中應(yīng)盡可能地避免采用噴漿支護(hù)，達(dá)到保證支護(hù)效果的同時(shí)節(jié)約成本和材料的回收利用。針對(duì)綜采工作面設(shè)備安裝開(kāi)切眼的支護(hù)需遵循以下兩個(gè)原則：

1）當(dāng)設(shè)備安裝工作面開(kāi)切眼開(kāi)挖后應(yīng)立即采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，避免開(kāi)切眼變形。而且，開(kāi)切眼的眼角部為薄弱環(huán)節(jié)，其會(huì)誘發(fā)后續(xù)的頂板下沉，進(jìn)而使得開(kāi)切眼發(fā)生整體破壞。因此，需對(duì)開(kāi)切眼的眼角部位采用特殊的支護(hù)手段[3]。

2）與常規(guī)巷道不同的是，開(kāi)切眼一般的跨度均很大，而且容易受到礦井地質(zhì)災(zāi)害的影響，導(dǎo)致開(kāi)切眼軟化，從而使得整體圍巖整體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致開(kāi)切眼變形。因此，需特別注意地質(zhì)災(zāi)害對(duì)開(kāi)切眼支護(hù)的影響，解決大跨度開(kāi)切眼支護(hù)困難的問(wèn)題。

2.2 開(kāi)切眼支護(hù)設(shè)計(jì)

結(jié)合綜采工作面巷道的常規(guī)支護(hù)方案，針對(duì)8702工作面開(kāi)切眼采用錨桿、錨索與金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)切眼圍巖的控制，達(dá)到盡可能減少開(kāi)切眼變形的目的。結(jié)合錨桿、錨索各參數(shù)的計(jì)算得出如下結(jié)論：錨桿直徑為16.05 mm，考慮到錨桿加工精度以及取1.1倍的安全系數(shù)，最終確定錨桿直徑為20 mm；錨桿長(zhǎng)度主要由外露長(zhǎng)度、有效長(zhǎng)度以及錨桿長(zhǎng)度組成，其中一般取外露長(zhǎng)度為0.1 m，錨固長(zhǎng)度為0.9 m，有效長(zhǎng)度結(jié)合支護(hù)經(jīng)驗(yàn)取為1.76 m，則要求錨桿長(zhǎng)度為2.76 m，并圓整為2.8 m。本方案所選錨索直徑為17.8 mm，錨索長(zhǎng)度包括有深入到穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度、不穩(wěn)定巖層的厚度、托盤(pán)及錨具的厚度以及錨索的外露長(zhǎng)度。經(jīng)計(jì)算得出錨索深入穩(wěn)定巖層的深度為1.27 m，該工作面不穩(wěn)定巖層的厚度為5 m，一般托盤(pán)和錨具的厚度為0.25 m，錨索外露長(zhǎng)度為1.8 m。因此，得出開(kāi)切眼對(duì)應(yīng)錨索的長(zhǎng)度為9 m[4]。

綜上所述，開(kāi)切眼對(duì)應(yīng)頂板錨索的直徑為17.8 mm，錨索長(zhǎng)度為9 000 mm，錨索間距為1 m，錨索排間距為2 m；頂板錨桿的直徑為20 mm，錨桿長(zhǎng)度為2 800 mm，對(duì)應(yīng)錨桿的間距為1 m，錨索排間距為2 m，所采用錨桿類(lèi)型為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿。

同理，開(kāi)切眼對(duì)應(yīng)兩幫所采用的錨桿類(lèi)型為左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿，錨桿直徑為20 mm，錨桿長(zhǎng)度為2 800 mm，錨桿間距為1 m錨桿排間距為1 m。凈寬度為10.5 m開(kāi)切眼的支護(hù)斷面如圖1所示。

圖1 凈寬度為10.5 m開(kāi)切眼的支護(hù)斷面圖（單位：mm）

3 開(kāi)切眼支護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

為驗(yàn)證上述開(kāi)切眼支護(hù)方案的支護(hù)效果，將其在實(shí)際工作面施工后對(duì)開(kāi)切眼頂板的離層量、圍巖表面的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中，頂板的離層量采用頂板離層儀進(jìn)行測(cè)量；圍巖表面的位移采用數(shù)顯收斂?jī)x進(jìn)行測(cè)量[5]。結(jié)合開(kāi)切眼的實(shí)際情況開(kāi)切眼頂板中部和開(kāi)切眼的中間位置為支護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)，在巷道內(nèi)部設(shè)計(jì)如圖2所示的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖2 開(kāi)切眼支護(hù)效果監(jiān)測(cè)位置布置（單位：mm）

3.1 頂板離層量的監(jiān)測(cè)

對(duì)上述每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)淺基點(diǎn)和深基點(diǎn)分別安裝頂板離層儀的監(jiān)測(cè)傳感器，其中淺基點(diǎn)位于距離圍巖表面3.1 m深的位置處；深基點(diǎn)位于距離圍巖表面9.25 m深的位置處。頂板離層量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 開(kāi)切眼支護(hù)后頂板離層量 mm

如表2所示，當(dāng)開(kāi)切眼跨度增大時(shí)深基點(diǎn)的頂板離層量增加；在淺基點(diǎn)位置的離層量均為0。

3.2 圍巖表面位移的監(jiān)測(cè)

經(jīng)對(duì)圍巖表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析后可得出如下結(jié)論：

1）當(dāng)開(kāi)切眼的跨度為9.3 m時(shí)，在30 d的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)頂板最大下沉量為25 mm，對(duì)應(yīng)左右兩幫的最大移近量為40 mm，而且，隨著時(shí)間的推移，頂板的最大下沉量可達(dá)40mm，兩幫最大移近量可達(dá)60mm。

2）當(dāng)開(kāi)切眼的跨度為10.5 m時(shí)，在30 d的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)頂板最大下沉量為30 mm，對(duì)應(yīng)左右兩幫的最大移近量為45 mm，而且，隨著時(shí)間的推移，頂板的最大下沉量可達(dá)45 mm，兩幫最大移近量可達(dá)65 mm。

綜上所述，不論開(kāi)切眼跨度為9.3 m還是10.5 m，本文所提出的支護(hù)手段達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)論

開(kāi)切眼作為綜采工作面生產(chǎn)中設(shè)備安裝的關(guān)鍵場(chǎng)所，其支護(hù)效果是保證設(shè)備安裝、拆卸快速、高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。鑒于開(kāi)切眼與綜采工作面其他巷道具有明顯區(qū)別，其跨度較大且容易受到地質(zhì)條件的影響，故需加強(qiáng)對(duì)開(kāi)切眼的支護(hù)。針對(duì)8702工作面開(kāi)切眼，本文提出錨桿+錨索+金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)方式，最終應(yīng)用頂板離層儀和數(shù)顯收斂?jī)x對(duì)支護(hù)后開(kāi)切眼頂板離層量和圍巖變形量進(jìn)行測(cè)量，得知所采取的支護(hù)手段達(dá)到了預(yù)期效果。