馮 江， 索志飛

（山西壽陽潞陽長榆河煤業(yè)有限公司， 山西 壽陽 045400）

1 工程概況

某煤礦10603工作面位于礦井東部，工作面北部為10602面采空區(qū)，西側(cè)亦10-2層煤采空區(qū)，南側(cè)為10605待采工作面，東側(cè)為F25-1斷層，10603綜采開切眼位于9煤工作面煤柱下方，水平距離9煤采空區(qū)邊緣約5 m，工作面標(biāo)高-49.8～-44.2 m，埋深114.35~119.95 m，如圖1所示。

圖1 10603開切眼位置示意圖

該切眼煤層走向NE122°，傾向NE32°，傾角平均為15°，煤層厚度平均為2.0 m左右，煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，硬度系數(shù)為1～2?；卷敒樯百|(zhì)頁巖，厚度為2.53 m，深灰色，層理不明顯，含植物化石及黃鐵礦；直接頂為砂質(zhì)頁巖，深灰色含少量粉沙顆粒，均厚0.85 m，頂板距離9層煤采空區(qū)僅4.20 m；直接底為泥巖，均厚5.0 m，下部含細(xì)砂顆粒，硬度系數(shù)1～2；老底為細(xì)砂巖，硬度系數(shù)為2～3，灰色，以石英、巖石屑為主，層理明顯。

10603工作面開切眼上覆地表全部為第四系所覆蓋，所以地表水不會滲入井下（第四系隔水層均厚18.0 m，主要巖性為砂質(zhì)黏土及黏土夾漿層，隔水性良好，是天然隔水層）。10-2層煤底板距下伏五灰水含水層平均22 m，隔水層主要由砂質(zhì)頁巖、泥巖、粉砂巖、粘土巖組成，隔水層中偶含薄煤層。為滿足綜采設(shè)備運輸、安裝和使用，開切眼有效斷面尺寸寬×高為4800 mm×2000 mm，屬大斷面，采煤方法為傾斜長壁綜采全部垮落法。

2 開切眼圍巖破裂分區(qū)探測

為了明確9煤層開采對10-2煤層頂板的破壞程度，本文利用鉆孔電視YTJ20對開切眼圍巖進行了破裂分區(qū)探測。

2.1 開切眼圍巖破裂分區(qū)測點布置

在10603綜采開切眼中，距進風(fēng)巷下幫0 m、15 m、35 m、40 m分別布置觀測斷面進行圍巖破裂分區(qū)探測。開切眼每個觀測斷面分別在頂板和兩幫共設(shè)計選取4個測點打鉆孔，鉆孔平均深度3 m，鉆孔共計16個，個別鉆孔由于堵塞，沒有實測數(shù)據(jù)具體位置如圖2所示。

圖2 10603綜采開切眼測點斷面布置示意圖（m）

2.2 探測大斷面破裂分區(qū)統(tǒng)計及分析

根據(jù)以上不同鉆孔探測揭露的圍巖破裂分區(qū)情況，總結(jié)鉆孔不同深度破裂分區(qū)描述。根據(jù)10603開切眼現(xiàn)場實測各鉆孔結(jié)果及以上各斷面破裂分區(qū)圖示，對探測結(jié)果進行了統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 探測大斷面破裂分區(qū)統(tǒng)計表

由此可見：

1）開切眼的頂板離層裂隙發(fā)育較高，探測范圍內(nèi)最大可達(dá)到3.0 m。頂板主要分三個破裂區(qū)，約超過1.1 m以上呈現(xiàn)一個較大的破裂區(qū)，主要是由上層煤開采所導(dǎo)致。

2）工作面前后方煤體破裂區(qū)域在不同觀測區(qū)域分布較大，但2.0 m附近煤體完整性較好。

因此，探測結(jié)果表明，上層煤開采過程中破壞了下層煤的頂板，導(dǎo)致頂板巖層破裂較明顯；工作面前后煤體破裂程度受其應(yīng)力狀態(tài)不同差別亦很大[1-2]。

3 開切眼支護設(shè)計

3.1 錨桿支護參數(shù)設(shè)計

按懸吊理論對錨桿支護參數(shù)進行計算[3-4]：

1）錨桿長度。錨桿長度 L=KH+L1+L2，其中：L1為錨固長度，取0.3 m；L2為錨桿外露長度，取0.1 m；H為冒落拱高度，即大斷面開掘?qū)挾菳為5 m，巖石堅固性系數(shù)f為3，k為安全系數(shù)，取3，則L=2×

通過以上計算，大斷面掘進時選用直徑18 mm、長度不低于2260 mm的高強度螺紋鋼錨桿，錨桿間排距不大于1180 mm，能夠滿足支護要求。

由于該礦現(xiàn)使用的錨桿長度是2000 mm，僅錨桿支護無法滿足安全要求，因此根據(jù)大斷面寬度及以往支護經(jīng)驗，取錨桿間距950mm，排距為800 mm，錨網(wǎng)支護緊跟迎頭，并采用架棚支護方式進行聯(lián)合支護。

錨網(wǎng)支護要求。錨網(wǎng)支護采用錨桿緊跟迎頭的支護方式，前排錨桿距迎頭超過800 mm時及時按住錨桿。當(dāng)頂板圍巖穩(wěn)定性較差時，可采取縮小錨桿間排距或增加錨固長度的方式加強支護[5]。

3.2 錨桿（網(wǎng)）參數(shù)規(guī)格的確定

開切眼支護方式為錨網(wǎng)超前支護與架棚聯(lián)合支護：

1）大斷面一次支護為錨網(wǎng)支護。頂部錨桿使用規(guī)格為Φ18 mm×2000 mm的螺紋鋼樹脂錨桿，間排距800 mm×950 mm。兩幫錨桿使用規(guī)格為Φ16 mm×1400 mm的螺紋鋼樹脂錨桿，間排距800 mm×800 mm。

2）大斷面二次支護為單體液壓支柱配工字鋼一梁四柱架棚支護，采用DZ2.5系列的單體液壓支柱，棚頭為11號工字鋼加工制作，支護后凈寬4.8 m，凈高2.0 m，頂部使用串桿背頂，串桿間距600 mm。

單體支柱初撐力不少于50 kN（測壓表讀數(shù)為6.5 MPa）。大斷面開門處使用工字鋼架設(shè)雙抬棚支護。為防止空頂距過大，架棚支護時棚頭位置宜拖后錨桿支護0.2~0.3 m為宜，兩幫錨桿拖后迎頭不超過2.0 m。掘進過程中使用吊掛式金屬前探支架做臨時支護。

4 支護效果考察

4.1 測站布置

10603開切眼分別布置：表面收斂測站三組，多點位移計站二組，頂、幫測力錨桿各一組。測站布置示意圖3。

圖3 測站布置示意圖

4.2 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果及分析

4.2.1 大斷面表面收斂

表面收監(jiān)測結(jié)果如下頁圖4所示。從監(jiān)測結(jié)果可知，10603開切眼利用錨網(wǎng)與架棚聯(lián)合支護進行永久支護，根據(jù)采掘計劃，頂板下沉累計190 mm，主要集中在開挖20 d內(nèi)，達(dá)到170 mm，占比達(dá)到90%。20 d后逐漸趨于緩和，大斷面兩幫的移近量一個月內(nèi)累計達(dá)175 mm，其中，第6 d至第22 d變形明顯，收斂量達(dá)130 mm，約占總量的75%。開挖前5 d兩幫收斂量較穩(wěn)定，收斂速率約4 mm/d。

圖4 10603開切眼圍巖變形

圖5 幫深基點不同深處位移

4.2.2 圍巖深部位移

掌握圍巖深部位移狀況，深基點位移變化圖如圖5。由圖可知，幫深基點在開挖17 d內(nèi)變化劇烈，隨后慢慢緩和，大斷面表面位移最大，深部基點位移逐漸減小。

5 結(jié)果

本文系統(tǒng)分析了某煤礦1341工作面厚薄煤層對接期間上覆巖層的運動規(guī)律和中部大斷面切眼的圍巖變形破壞特征，并在此基礎(chǔ)上對中部大斷面切眼圍巖變形破壞的主要部位進行了支護的優(yōu)化設(shè)計，取得了以上的成果，但是還存在許多重點和不足需要今后進一步的研究，對受采動影響的中部切眼的加強支護方案，應(yīng)推廣到類似地質(zhì)條件下的臨近礦區(qū)，進一步驗證此方案的可行性，指導(dǎo)煤礦的安全生產(chǎn)。