破碎顶板开切眼支护技术的运用研究

2022-09-22梁杰

山西化工 2022年5期

梁杰

（山西汾西正令煤业有限责任公司，山西孝义 032300）

引言

在煤矿井下作业的过程中，将开切眼技术应用到煤矿井下作业当中可以保证生产、开采的安全性，然而将这项技术应用到破碎顶板当中具有一定的难度。这是由于破碎顶板周围的顶板板岩层存在巨大的变形因素，将破碎顶板和上部岩层直接的接触会导致离层现象的出现，所以开切眼支护技术在煤矿中进行存在一定的难度。对煤矿当中出现煤层节理裂隙的现象进行了分析，导致岩层脱离现象的因素不仅是煤层呈现节理裂隙的发育，还有整体破碎程度和震动程度较大的情况下都可能会导致出现脱现象。传统的支护技术主要是应用一次全断面的成巷方式，这种支护方式会导致下沉量的增加，出现安全问题的因素增大。对自稳隐形拱的概念进行了分析。并在此基础上对侧面导洞实施了二次开挖方式，将煤矿作业安全隐患将达最低。

1 自稳隐形拱的作用分析

围岩的具有加强的自隐能力，所以在对自稳隐形拱理论分析的基础上不论出现哪种形式的松软和破碎现象，在对围岩进行连续介质的基础上都可以制止围岩出现冒顶现象，一定会在不确定的时间内形成稳定的状态，对于松软破碎的围岩介质来说，只要其中的结构体紧密程度达到，同样能够保证围岩的平衡能力。在自稳隐形拱本质理论中明确利用锚杆支护技术，可以在很大程度上增大岩体的抗拉强度，从而防止局部岩体分离现象的产生。这是由于锚杆当中的帮锚杆能够对巷道帮部形成刚性结构，并起到相应的支撑作用，锚杆中的顶锚杆可以有效的缩小自稳隐形拱，从而有效的保证顶板的稳定性。

2 切开眼的施工顺序

结合以往煤矿中且开眼的经验，在知道切眼顶板为16-17-23120 应力集中的条件下，要想更好的保证掘进时顶板的安全系数增加，把16-17-23120 开切眼为基础分为二次掘进，先对单切眼进行一次掘进，之后再扩大切眼。要想改善掘进机作业中造成的改拆托棚和木垛产生的失稳现象，将综掘施工改成炮掘施工，并将单眼掘进的高度和宽度分别定位3 m 和3.6 m，扩切眼的掘金宽度和高度设置为3.4 m 和3 m。可以通过以下的顺序进行单切眼安全施工。首先，要对顶板、瓦斯和工程质量进行安全确认；第二，对岩层进行打眼装药放炮；其三，对顶部和帮助进行敲击，将围岩周围的活矸清除干净。第四，选择2 根为3 m 长的单体液压支柱进行临时的支护，并且要求大顶板的厚度要大于或等于80 mm，其宽度要等于大于150 mm，长度要在1.2 m～1.5 m 之间。第五，在作业当中挂8#冷拔丝顶金属网，并将拔丝顶金属网进行联网；第六，施工组也当中要采用顶锚杆和顶锚索孔并进行安装；第七，要在下段应力集中区挂帮网，在施工的两个帮部帮锚杆。最后当单切眼贯通后拆除胶带。

3 开切眼支护技术的应用方案

1）结合切眼周围的岩性与上覆十五层的间距对上覆戊组的煤柱的影响情况分析，并根据几类相似情况下的开切眼支护经验分析，将分段支护法应用到其中。切眼上段利用锚网索和木垛托棚结合的方式进行支护，如下页图1 所示。切开眼下段利用锚网索结合梯形对棚加托棚木垛的方式对边界煤柱作用下切开眼进行支护，如下页图2 所示。利用长锚索对切开眼周围的岩层顶板进行加固预紧作用，促使开切眼6 m范围内的顶板形成一个整体，降低出现离层的现象，并且能够将顶板圈周围的岩体固定到相对稳定的岩体上，从而保证了顶板不出现垮落现象。

图1 切眼上段（170 m～220 m）支护断面示意（单位：mm）

图2 切眼下段（0～170 m）支护断面示意（单位：mm）

2）对于切眼下段采用了梯形棚进行支护，可以有效的避免应力集中过大从而导致锚网锁支护产生的垮落现象[1]，降低隐蔽工程带来的安全威胁。

3）利用加托棚和木垛技术缩短切眼的距离，特别是当切开眼下应力增大的情况下，充分的对顶部岩层的整体性进行了改善。

4）在某个煤矿中曾经出现过在相似的情况下成功的实现了切开眼支护。比如以己16-17-23010 开切眼为例，全锚支护具有丰富的经验，当对己16～17 煤层顶板、两帮的煤体进行掘进后，出现了较为熟悉的应力分布及矿压现象情况，之后结合实际的情况调正支护的方案。

4 煤矿巷道的分析和研究

结合整个采矿位置分析该切眼巷道处于整体的东侧，该切眼的工作面标注的高度在+420 m～+445 m之间，大概的煤层厚度在2.4 m～5.2 m之间，整体煤层的厚度在3.8 m，从整体分析属于中厚煤层，工作面形成单斜的形状，通过对两翼进行测量倾斜角度大约为3°～8°，大部分的倾角度数为3°。煤层顶部的岩层成分主要是粉砂岩和石英砂岩，顶部的岩层直接破碎、变形较为严重，并且具有不稳定性。地板的岩层主要是由粉砂岩、石英砂岩以及砂质泥岩这三种成分，从整体分析，煤层顶板围岩的破碎程度、松软程度较为严重，容易导致出现冒落现象。在煤层的节理发育中也呈现出破碎装药现象，经过爆破会导致大多数的煤体脱落，在其他部分可以通过人工掘进的方式。

5 巷道中应用开切眼支护技术的策略

在巷道中使用切开眼支护方案将进断面的规格设置为5 m×2.5 m，将巷道施工分成二次掘进，将侧导铜使用到巷道切眼的后方，先阔宽度为3.2 m、后阔宽度为1.8 m。锚杆和锚索是实施顶板支护工程中的主要工具，并且要与桁架钢带相结合进行支护，锚杆和锚索的应用可以形成径向力对威严起到约束的作用，而与桁架钢带的结合可以进行环向的约束，只有将二者相互配合使用才能充分的完善对围岩的支护作用。通过以上的分析，计算出巷道切开眼的自隐隐形拱的高度为3.87 m，极限的自隐隐形拱的高度为5.29 m，根据计算出来的参数选择符合条件的锚杆和锚索[2]，对锚杆性能、综合陈本和施工难度等因素的充分分析将灯笼架锚索17.8 m～18.3 m 应用到其中，先进行扩施工的锚杆和锚索之间的距离可规定在740 mm 左右，桁架钢带的使用规格为T100-L3200，T100-L3200 桁架钢带同样可以使用到后扩部分，然而这次将锚杆或者锚索之间的距离控制在700 mm。同时需要注意的是从整体施工过程考虑，锚杆预紧力和锚索预紧力要等于或者大于50 kN 和150 kN 之间。之后巷帮进行支护施工，锚杆对巷道切开眼的后帮进行局部支护，并结合棱形铁丝网加强支护的稳定性。左旋螺纹钢锚杆是巷帮支护的主要支护方式，并且将规格规定为18×L1800，锚杆之间的距离设定为600 mm，单体挂防护网与背板相结合的方式作为切开工作面两侧的支护，当安装好支架后要对其进行拆除。此外需要加大临时支护施工的强度，单体柱应用到巷道切开眼的后侧从而改善巷道局部的稳定性，对于先扩导铜的中间位置和非采空区中要设置临时的加强支护，并且单体支柱之间的距离控制在700 mm左右。

6 监测分析破碎顶板开眼支护技术的结果

破碎顶板切开眼支护技术检测的过程中首先观测的是支护巷道的矿压情况，通过对锚杆、锚索和巷道周围的岩层的移动情况进行充分的分析从而完成矿压观测，对锚杆支护的运行状态要全面的掌握，通过对观察到的参数进行分析从而调正和改善支护的方案，并找到锚杆支护应用过程中存在的不足[3]，利用针对性的策略优化支护方案，从而提高巷道工作面的稳定性和安全性。巷道开切眼矿压检测首先要针对锚杆的受力情况和顶板离层的情况进行检测，通过检测反馈出来的信息可以帮助工作人员对锚杆的支护情况进行全面的分析和评估，从而保证锚杆的受力和顶板离层的相关参数在规定的范围内。对于顶板离层检测出来的参数可以对锚固区域和围岩的离层情况以及使用锚杆的情况进行分析。保证其使用在合理的范围内。

以上三点为巷道开切眼矿压情况设置为主要检测对象，并且将之间的距离设置在35 m 左右。通过对典型锚杆的实际支护情况检测出来的数据分析，锚固的最大受力程度是88.23 kN 和89.62 kN，其中的储备系数可以加强工作面安全性。在检测的过程中可以发现，在初次挖掘阶段由于应力松弛导致无法进入到工作的状态，在二次扰动现象的产生不断的提升载荷能力，从而实现平稳的状态。