综采大断面开切眼支护技术探讨

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【摘要】工作面的大断面切眼不同于一般的薄及中厚煤层巷道，其断面大，围岩变形严重，支护较为困难。本文探讨了开切眼巷道围岩破坏机理，分析了大断面开切眼支护技术的选择方向，在此基础上提出大断面巷道围岩控制技术，对一线工程技术人员具有一定的指导意义。

【关键词】煤矿开采；大断面开切眼；围岩破坏；支护技术

引言

切眼是煤矿采煤工作面相关设备安装并开始回采的场所，其支护的安全稳定性对于工作面设备安装与顺利回采起着至关重要的作用。综采开切眼巷道属于回采巷道类别，与回采工作面上、下顺槽相比，其明显的特点是巷道跨度较大，围岩控制相当困难；开切眼大断面巷道多为矩形，两帮为煤层，顶板为煤层或岩层，围岩强度较低，受力复杂，围岩变形量和破裂范围都很大，这些都直接影响巷道的稳定性，支护较为困难。为此，研究大跨度开切眼合理的支护手段对我国煤炭行业的可持续发展以及煤炭资源的合理开发具有积极意义。

1巷道围岩破坏机理

2开切眼支护技术选择

保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义，巷道支护形式的选择要遵守以下原则：

（1）有利于控制巷道围岩变形，改善围岩支护状况。主动支护巷道围岩，尽量保持巷道围岩的完整性，积极控制围岩力学性态变化，限制围岩的变形、位移和裂隙发育，充分发挥煤岩体的自身承载作用，把围岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因素。

（2）有利于提高断面利用率。既能够有效地控制巷道围岩变形，又极少占用巷道有效空间，从而极大提高巷道断面利用率，满足“高产高效”工作面综采设备不断更新、巷道断面不断扩大的实际需求。

（3）有利于安全生产。巷道及时支护改变围岩的力学性态，防止巷道围岩早期破坏及巷道顶板早期离层，减少超前维护工作和片帮现象的发生。保证巷道支护状况良好，确保行人畅通，有利于快速安全地组织生产。

（4）有利于巷道的快速掘进。现代化高产高效的采煤方法使得煤矿企业生产接续紧张，巷道的快速掘进在所难免。

（5）巷道支护设计需要遵循以下原则，包括：1）一次支护原则；2）高预应力和预应力扩散原则；3）“三高一低”原则；4）临界支护强度与刚度原则。

3大断面巷道围岩控制技术

3.1综放大断面巷道两帮煤体的控制

综放工作面顶板、两帮为实体煤，巷道开挖后，围岩应力重新分布，由于两帮的强度较低，煤体边缘首先被破坏，并逐步向深部扩展到弹性应力区的边界，两帮煤体从顶、底板之间被“挤出”，两帮先出现拉破坏，底板两侧剪切断裂，顶板下沉；随着载荷增大，两帮破坏严重，最后顶板离层，形成多层抛物拱式破坏。

提高巷帮支护强度和煤体残余强度是大断面巷道围岩控制的一个关键。合理的巷帮支护技术应能提供较大的侧向支护阻力，既能控制两帮塑性区与松动区域的发展，同时又能适应两帮较大变形的特点。一般应采用既有支护作用，又有加固作用的锚杆支护，既可采用高阻让压支护，应用增强可拉伸锚杆或延伸率大的锚杆，达到上述要求：又可采用高强全长锚固锚杆，增大锚固剂与锚杆的接触面积，提高两帮的锚固力和强度。

3.2综放大断面巷道顶板的控制

综放工作面顶板为煤体，跨度大，层厚不稳定，层理发育，分层之间粘结力小，巷道开挖后顶板极易离层和破裂，难以形成承载结构。巷道两帮受顶板变形影响比较大，由于顶板、两帮变形相互作用，当两帮移近量大、片帮严重，引起顶板变形加剧，形成恶性循环。采用锚杆支护时，顶板的变形和破坏一般超过了常规锚杆的锚固范围，锚杆支护能否有效控制顶板，关键看能否实现锚杆的实际工作特征与顶板岩层的自承特征协调一致，使顶板由载荷体变为承载体。要实现这一目标，应在顶板离层以前，及时地安装预紧力、刚度和工作阻力都较高的锚杆。结合W型钢带、菱形金属网等辅助支护，可显著提高顶板的稳定性。顶板岩层形成共同支护体后，能将上层岩层载荷传递到两帮深部，因深部岩体处于三向应力状态，承载能力高，可减小两帮浅部应力，降低两帮的维护难度。

3.3大断面巷道底板的控制

综放工作面巷道围岩变形、破坏的结果是主要是底鼓。引起底鼓的主要原因有：底板岩性松软，较高的岩层应力作用等。因此，防治底鼓应从加固围岩，降低围岩应力以及防治水等方面着手，按照防治措施的不同，可分为支护加固法、卸压法及联合支护法。

支护加固法就是对底板岩层或巷道帮、角进行支护或加固，从而达到提高底板岩层的稳定性，限制或减小底板鼓起的作用。其防治措施主要有底板锚杆、帮角锚杆、底板注浆、封闭式支架以及混凝土反拱等。在软弱底板打锚杆有两个作用：一是将底板岩层各分层连接在一起组成组合梁，提高岩层的抗挠曲能力和岩层之间的抗剪切能力；二是采用预应力锚杆或摩擦式锚杆可以对围岩施加预应力和摩擦力，从而提高岩体的抗变形能力，减小底板岩层的底鼓量。

4结论

（1）巷道断面的尺寸变化对巷道围岩稳定性影响很大，随着巷道断面的不断增大，巷道围岩的变形加剧，塑性区范围逐渐增大；

（2）锚杆、锚索是大断面巷道目前最有效的支护形式，大断面巷道宜采用高预紧力、强力锚杆、锚索支护的设计理念；

（3）大断面巷道一般注重顶板、两帮控制，忽视底板控制，巷道破坏首先从不设防的底鼓开始，又因底鼓导致两帮移近和失稳、直至片帮，巷道全部破坏。从有利于围岩控制出发，要求对“主控部位”加强支护，即对巷道围岩变形量大的地方进行加强支护。

参考文献：

[1]徐永折等.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[2]柴肇云，康天合，李义宝等.特厚煤层大断面切眼锚索支护的作用[J].煤炭学报，2008（7）.