李玉川

摘要：在煤層開采的過程當中，針對5m～7m厚度的煤層而言，所采取的開采方案多為一次性的全高式開采工藝，這也極大程度上帶動著煤礦開采作業(yè)對于特大斷面開切眼技術(shù)的應用。在應用特大斷面開切眼施工方案進行煤礦采掘作業(yè)的過程當中，有關錨桿支護參數(shù)的確定以及優(yōu)化設計會直接對整個煤礦掘進質(zhì)量與水平產(chǎn)生影響，此項工作是至關重要的。基于此，本文主要以特大斷面開切眼分次掘進支護為研究對象，針對支護參數(shù)的優(yōu)化問題展開了較為詳細的分析與闡述，望能夠為后續(xù)同類工程的順利開展提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：特大斷面開切眼 分次掘進 支護參數(shù) 優(yōu)化 分析

對于我國而言，在已探明的煤炭資源當中，有近50%比例的煤層資源均屬于厚煤層。對厚煤層進行高效與合理的開發(fā)，能夠使社會各行業(yè)對于煤炭資源的需求得到充分的滿足。在日常工作中，多應用放頂煤開采方案進行厚煤層的開采工作，但其存在一定的局限性：首先，開采率無法得到可靠保障；其次，可能導致瓦斯含量較高的礦井、以及自燃可能性較高的煤層安全問題層出不窮。而通過對特大斷面開切眼巷道的建設與應用，可以盡可能的避免以上問題。還需要注意的一點是：隨著巷道面積的不斷增大（特別是針對破碎程度相對較高、或者是軟弱巖體分布比例較高的巷道而言），支護難度的提升使得施工前期對于分次掘進支護參數(shù)的優(yōu)化有著重要的意義與價值。本文即對其做詳細分析與說明。

1 工程概況

某煤礦工作面平均埋設深度在450m以上，3#煤層傾斜角角度最大值為7°，最小值為3°。工程現(xiàn)場實際勘察資料證實：整個工作面煤層穩(wěn)定性較高，且厚度較大（平均厚度在6.6m左右）。同時，從巖土工程勘察的角度上來說，工作面直接頂?shù)膸r體結(jié)構(gòu)形式為泥巖（厚度為13.0m），泥巖結(jié)構(gòu)上覆細砂巖老頂（厚度為9.0m）。工作面直接底巖體結(jié)構(gòu)形式同樣為泥巖（厚度為4.2m）。由于整個工作面所分布煤體的分散性特征顯著，因此，選取一次采全高的開采方式，對于確保整個工作面的安全性而言是至關重要的。

在一次采全高的過程當中，斷面開切眼進行二次成巷掘進工作。詳細來說，在一次掘進狀態(tài)下，所形成的斷面尺寸為5.5m×4.5m；而在二次掘進的狀態(tài)下，所形成的斷面尺寸為4.5m×5.5m。這也就是說，伴隨著二次掘進作業(yè)成巷掘進作業(yè)的開展，最終形成的特大斷面基本尺寸達到了10.0m×4.5m。

2 特大斷面開切眼掘進支護參數(shù)的優(yōu)化分析

考慮到該煤礦工作面的基本情況，綜合對整個煤礦巷道掘進工作面斷面開切眼的相關地質(zhì)力學條件的考量，支護參數(shù)優(yōu)化所確定的基本思路在于：引入FLAC數(shù)值模擬軟件，分別確定一次掘進、以及二次掘進狀態(tài)下的支護參數(shù)。同時，巷道掘進支護過程中，所采取的錨桿材質(zhì)為具有高強度、以及可操作性的預應力錨桿，初始狀態(tài)下的預緊力指標控制在40.0kN以上，錨桿直徑控制在22.0mm以上?，F(xiàn)結(jié)合上述實際情況，該工作面特大斷面開切眼掘進支護參數(shù)的優(yōu)化應當重點從以下幾個方面入手：

2.1 一次掘進狀態(tài)下支護參數(shù)的優(yōu)化分析

一次掘進狀態(tài)下，分別將頂錨桿直徑、頂錨桿長度、頂錨桿間排距、幫錨桿直徑、幫錨桿長度、以及幫錨桿間排距等關鍵性的數(shù)據(jù)作為基礎，提出15種不同的錨桿支護參數(shù)設計方案。進而，通過對FLAC數(shù)值模擬軟件的應用，設定具體的評定標準：①支護狀態(tài)下掘進巷道變形量最小化；②支護狀態(tài)下巷道圍巖結(jié)構(gòu)破壞程度最小化。結(jié)合上述評定標準，對錨桿支護具體參數(shù)以及布置方案進行選取。根據(jù)FLAC數(shù)值模擬結(jié)果，最終確定的錨桿支護參數(shù)方案為：頂錨桿直徑22.0m，頂錨桿長度2.5m，間排距為0.85m×0.90m，幫錨桿直徑為20.0mm，幫錨桿長度2.5m，間排距為1.00m×0.90m。同時，支護方案為：每2排設置3根錨索。

2.2 二次掘進狀態(tài)下支護參數(shù)的優(yōu)化分析

二次掘進狀態(tài)下，需要以一次掘進支護參數(shù)為基礎，確定合理的錨桿長度、錨桿直徑等數(shù)據(jù)。與一次掘進下對支護參數(shù)的優(yōu)化思路基本一致，也是在設定關鍵性數(shù)據(jù)的基礎之上，通過FLAC進行數(shù)值模擬，所設定的評價標準同樣為以下兩點：①支護狀態(tài)下掘進巷道變形量最小化；②支護狀態(tài)下巷道圍巖結(jié)構(gòu)破壞程度最小化。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，最終為二次掘進所選取的錨桿支護參數(shù)為：頂錨桿直徑22.0mm，頂錨桿長度2.5m，間排距為0.75m×0.90m，每排需要設置8根錨桿。同時，幫錨桿直徑為20.0mm，幫錨桿長度2.5m，間排距為0.80m×0.90m，每排需要設置6根錨桿。以上述參數(shù)為依據(jù)，所選取的錨桿支護方案為：每2排設置3根錨索。

2.3 支護效果的分析

為了評估在對一次、二次掘進支護參數(shù)優(yōu)化后，特大斷面開切眼分次掘進過程中巷道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，工作人員還在巷道工作面中設置了相應的檢測站點，對關鍵指標進行檢測。首先，從表面位移的角度上來說，檢測數(shù)據(jù)證實：在分次掘進巷道作業(yè)完成之后，兩幫移近量、位移量監(jiān)測曲線的變化趨勢為：逐步提升。提升周期達到了15d。同時，頂板/底板所對應的位移速度表現(xiàn)為1.30mm/d，明顯低于正常水平。在分次掘進巷道成型20d以后，圍巖結(jié)構(gòu)的變形速度基本傾向于穩(wěn)定狀態(tài)。兩幫區(qū)域所表現(xiàn)出的移近量控制在60mm左右。以上數(shù)據(jù)證實了：對錨桿支護參數(shù)的優(yōu)化在控制圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的重要價值；其次，從錨桿軸力的角度上來說，監(jiān)測數(shù)據(jù)證實：在分次掘進前期施工中，錨桿軸力的發(fā)展趨勢為：快速提升。在分次掘進作業(yè)完成后，錨桿軸力恢復到正常平穩(wěn)狀態(tài)。此過程中所消耗的時間基本與巷道掘進工作面圍巖結(jié)構(gòu)位移穩(wěn)定消耗時間吻合。同時，測定整個巷道掘進中，錨桿最高荷載作用力為200kN（此數(shù)值還不足以達到錨桿自身的屈服極限數(shù)值）。說明：錨桿能夠具備良好的承載性能，對于確保分次掘進巷道整體安全性而言是至關重要的。

3 結(jié)束語

大量的工程實踐研究結(jié)果證實了一個方面的問題：對于厚度較大的煤層而言，在引入一次全高采作業(yè)方案的情況下，分次掘進狀態(tài)下對于錨桿支護參數(shù)設置的合理性，不單單會對工作面巷道分次掘進的質(zhì)量水平產(chǎn)生影響，同時也決定著工作面開采作業(yè)的安全性。本文首先就某特大斷面開切眼工程的基本地質(zhì)情況進行了簡要分析，進而詳細闡述了支護參數(shù)的優(yōu)化方案，以及具體的支護效果，證實了整個支護參數(shù)優(yōu)化思路的可行性。希望本文有關上述相關的問題研究與分析能夠引起各方工作人員的特別關注與重視。

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