破碎顶板开切眼支护技术的运用分析

摘 要：为了保证破碎顶板开切眼支护的安全有效，防止在开挖过程中出现严重的顶板离层冒落的现象，文章针对某煤矿中开切眼的实际情况，基于自稳相关理论，提出对矿中开切眼一侧导洞实施二次掘进的方案，并计算得出实施开切眼支护方式需要的参数。通过对支护效果进行监测与分析，该开切眼的优化设计方案能够有效控制周边的围岩，即使是矿区的松软破碎顶板也能够实现安全支护。

关键词：破碎顶板；开切眼支护；导洞

在煤矿开采的过程中，实施开切眼支护技术对于保证安全生产具有重要作用，但是基于破碎顶板实施该技术存在较大的难度。因为破碎松软的顶板岩层存在较大的变形量，直接和上部的岩层进行接触很可能会导致离层现象的发生，因而在煤矿中进行开切眼支护一直都是较大的难题。文章中研究的某煤矿，煤层呈现节理裂隙的发育，整体较为破碎，震动和爆破都会加大岩层脱落的可能性。传统使用的是一次全断面成巷的方式，会导致顶板出现较大的下沉量，对工作面的安全生产造成威胁。文章在分析自稳隐形拱的相关概念基础上，实施侧面导洞二次开挖的方式，最终安全成巷。

1 自稳隐形拱概述

围岩具有很好的自稳能力，因而自稳隐形拱理论认为不管其呈现怎样的松软和破碎状态，在连续介质的基础上围岩出现冒顶现象都是有止境的，定会在某个时间达到相对稳定的状态，松软破碎的围岩介质，只要结构体之间咬合紧密，同样能够达到平衡的状态，这就是自稳现象的本质理论。自稳隐形拱本质理论认为通过设置锚杆，能够将岩体的抗拉强度增大，从而抑制局部岩体出现分离的现象，主要是因为锚杆中的帮锚杆可以保证巷道帮部具有与刚性结构类型的体系支撑，而顶锚杆则可以将自稳隐形拱缩小，从而增强顶板的稳定性能。

通过对巷道的具体情况进行分析，得出设置帮锚杆的长度应该在巷道高度的1.5倍以上，同时巷道顶部至少设置一个锚杆。在已知巷道岩体参数、巷道断面形状以及地应力等参数的情况下，能够进行自稳隐形拱曲线方程式的推导：

2 破碎顶板开切眼支护技术的应用

2.1 煤矿巷道概况

该切眼巷道的工作面处于整个采矿位置的东侧，工作面的标高在+420-+445m之间，煤层厚度大约在2.4-5.2m之间，平均煤层厚度为3.8m，整体属于中厚的煤层，工作面的构造为单斜状，两翼大约呈现3-8°的倾角，大多为3°。煤层的顶部大多都是粉砂岩和石英砂岩，直接定的发育较为破碎、变形量大、稳定性不佳，而底板则多为粉砂岩、石英砂岩以及砂质泥岩。整体来说，煤层的顶板破碎、松软，容易出现冒落。而煤层的节理发育也呈现破碎的装药，通过爆破能够使大多数的煤体脱落，局部地区可以使用人工挖掘的方式。

2.2 巷道的开切眼支护方案

在本开切眼支护方案中设置的净断面规格为5×2.5m，巷道的施工分为二次掘进，于巷道切眼的后侧使用侧导硐，先阔宽度与后阔宽度分别为3.2m和1.8m。首先实施顶板支护的工程，以锚杆和锚索作为支护结构的主要工具，同时辅以桁架钢带配合支护，前者通过径向力可以起到约束围岩的作用，而后者则进行环向的约束，二者配合使用能够显著改善围岩的支护性能。

基于前文中公式（1）和公式（2）能够得出巷道开切眼的自稳隐形拱的高度以及极限的自稳隐形拱高度分别为3.87m以及5.29m。基于该参数选择合适的锚杆与锚索，文中通過性能分析以及综合考虑成本、施工难度等因素之后选择使用灯笼架锚索17.8-L8.3m，先扩施工部分的锚杆与锚索之间的距离控制在740mm左右，使用规格为T100-L3200的桁架钢带，后扩部分选择同样规格的桁架钢带，但是控制锚杆或者锚索之间的距离为700mm。需要注意的是，在整个施工过程中，保持不低于50kN和150kN的锚杆预紧力和锚索预紧力。

接下来实施巷帮的支护工程，在巷道的开切眼后帮使用锚杆进行局部支护，配合使用菱形铁丝网增强支护的稳定性。巷帮支护使用的锚杆为左旋螺纹钢锚杆，规格为18×L1800，保持锚杆之间的距离为600mm，巷道开切眼工作面的两侧使用单体挂防护网与背板结合的支护方式，在支架安装完成之后要及时撤除；除此之外，还需要进行临时加强支护的施工，在巷道开切眼的后方应用单体柱，增强局部的稳定性，于先扩导硐的中间位置以及非采空的区域中进行临时加强支护的设置，单体支柱之间的排距控制在700mm。

2.3 破碎顶板开眼支护技术的结果监测

首先对支护巷道进行矿压的观测，矿压观测主要是通过对锚杆、锚索以及巷道周边的围岩产生的位移情况进行分析，综合掌握锚杆支护的运行状态，基于观测的参数对锚杆锚索的支护设计方案进行验证，及时找出支护中存在的缺陷和不足，采取针对性的措施纠正和优化，保证巷道工作面的安全与可靠。

在文章中对该巷道的开切眼矿压检测的内容有：锚杆的受力状态和顶板离层状态。锚杆的受力大小能够帮助工作人员对其状态进行评估，判断是否出现破损或者是屈服现象，保证参数在合理的范围之内；而顶板离层的参数能够评估锚固区域当中围岩的离层状态以及锚杆支护的合理与否。文章中的巷道开切眼中共设置有矿压检测的站点3处，之间相隔35m左右。

从对典型锚杆进行支护状态的检测来看，最大的锚固受力为88.23kN和89.62kN，其还具有一定的储备系数，能够有效的保证想到工作面的安全。在观测中发现，开挖初期锚杆由于应力松弛的现象没有进入工作状态，随着二次扰动产生的影响，其承受的荷载不断上升，直到达到相对平衡的状态。A测点位于巷道的进风顺槽和开切眼的交叉口位置，其主基点发生离层的最大值为6.2mm，最深的基点发生的最大离层为13.23mm；B测点的位置在进风槽和开切眼交叉口的下方，距离先掘切眼约20m的位置，其主要基点与深层基点的最大离层值分别为1.50mm与7.68mm；C测点的位置在进风槽和开切眼交叉口之下距离先掘切眼40m左右的位置，其主要基点与深层基点的最大离层值分别为2.69mm与7.20mm。总体来说，A、B、C三个测点得到的顶板最大离层量较小，对巷道的破碎顶板的控制情况较好，证明锚杆与锚索支护的方式正确。体系结构合理，对于控制岩层的变化起到非常重要的作用。

3 结束语

综上所述，通过实践验证某煤矿中的巷道工作面使用锚网索的支护方式能够有效的抑制破碎岩层发生离层，确保工作面的安全，为提高施工质量创造良好的基础条件。

参考文献

[1]刘丰年.松软破碎泥岩顶板开切眼支护技术研究[J].能源与节能，2014（10）：131-132+192.

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[3]尹达君.富水破碎顶板大断面开切眼围岩控制技术[J].煤炭科学技术，2013，41（5）：35-38.

作者简介：薛国建（1974-），男，籍贯：山西省应县，助理工程师，注册安全工程师，从事煤矿生产技术管理工作，研究方向：煤矿开采技术。