王 力

（山西焦煤西山煤电西铭矿，山西 太原 030052）

引言

在煤矿开采中，综采工作面开切眼是保证煤矿安全生产的基础，其主要用于对工作面回采工艺相关的综采设备的安装。开切眼与工作面其他巷道不同，其主要表现为断面跨度大，若对其支护不当容易导致其顶板出现冒落、两帮移近以及底板鼓出的问题，为保证回采任务的顺利完成需对开切眼进行多次维护[1]。因此，实现对综采工作面设备安装开切眼的有效、稳定支护对保证回采及综采工作面设备的高效生产具有重要意义。本文将着重对综采工作面设备安装开切眼进行支护设计，并对支护效果进行现场监测。

1 工程概况

本文以8702工作面为例开展研究，并结合3号煤层的8702工作面与5号煤层的8704工作面的地质情况综合分析8702工作面的地质情况，经分析得出如下结论：

1）8702工作面总体地质结构简单，并且在工作面的开切眼末端存在岩浆岩侵入的情况，为后续开切眼的支护带来较大的影响；

2）开切眼位于工作面构造简单的区域，所在区域的断层落差较小；

3）在实际开采过程中，5号煤层8704工作面开切眼存在顶板冒落的情况，因此需加强对3号煤层8702工作面的顶板支护；

4）现场开挖探测可知，开切眼开挖无瓦斯突出，但存在粉尘爆炸的风险；

5）3号煤层8702工作面的开切眼煤层处于节理裂隙发育的状态，煤体相对松软并处于破碎状态[2]。3号煤层8702工作面的顶底板情况如表1所示。

表1 3号煤层8702工作面顶底板情况

2 开切眼支护设计及数值模拟分析

2.1 开切眼支护设计原则

针对综采工作面设备安装开切眼的支护不仅需考虑最终的支护效果，而且还需考虑实际的支护成本。一般情况下，一个综采工作面两年即可开采完毕，为避免开切眼支护材料的浪费，在实际支护过程中应尽可能地避免采用喷浆支护，达到保证支护效果的同时节约成本和材料的回收利用。针对综采工作面设备安装开切眼的支护需遵循以下两个原则：

1）当设备安装工作面开切眼开挖后应立即采取适当的支护措施，避免开切眼变形。而且，开切眼的眼角部为薄弱环节，其会诱发后续的顶板下沉，进而使得开切眼发生整体破坏。因此，需对开切眼的眼角部位采用特殊的支护手段[3]。

2）与常规巷道不同的是，开切眼一般的跨度均很大，而且容易受到矿井地质灾害的影响，导致开切眼软化，从而使得整体围岩整体强度降低，导致开切眼变形。因此，需特别注意地质灾害对开切眼支护的影响，解决大跨度开切眼支护困难的问题。

2.2 开切眼支护设计

结合综采工作面巷道的常规支护方案，针对8702工作面开切眼采用锚杆、锚索与金属网联合支护方式，实现对开切眼围岩的控制，达到尽可能减少开切眼变形的目的。结合锚杆、锚索各参数的计算得出如下结论：锚杆直径为16.05 mm，考虑到锚杆加工精度以及取1.1倍的安全系数，最终确定锚杆直径为20 mm；锚杆长度主要由外露长度、有效长度以及锚杆长度组成，其中一般取外露长度为0.1 m，锚固长度为0.9 m，有效长度结合支护经验取为1.76 m，则要求锚杆长度为2.76 m，并圆整为2.8 m。本方案所选锚索直径为17.8 mm，锚索长度包括有深入到稳定岩层的锚固长度、不稳定岩层的厚度、托盘及锚具的厚度以及锚索的外露长度。经计算得出锚索深入稳定岩层的深度为1.27 m，该工作面不稳定岩层的厚度为5 m，一般托盘和锚具的厚度为0.25 m，锚索外露长度为1.8 m。因此，得出开切眼对应锚索的长度为9 m[4]。

综上所述，开切眼对应顶板锚索的直径为17.8 mm，锚索长度为9 000 mm，锚索间距为1 m，锚索排间距为2 m；顶板锚杆的直径为20 mm，锚杆长度为2 800 mm，对应锚杆的间距为1 m，锚索排间距为2 m，所采用锚杆类型为左旋无纵筋螺纹钢锚杆。

同理，开切眼对应两帮所采用的锚杆类型为左旋无纵筋螺纹锚杆，锚杆直径为20 mm，锚杆长度为2 800 mm，锚杆间距为1 m锚杆排间距为1 m。净宽度为10.5 m开切眼的支护断面如图1所示。

图1 净宽度为10.5 m开切眼的支护断面图（单位：mm）

3 开切眼支护的现场监测

为验证上述开切眼支护方案的支护效果，将其在实际工作面施工后对开切眼顶板的离层量、围岩表面的位移进行监测。其中，顶板的离层量采用顶板离层仪进行测量；围岩表面的位移采用数显收敛仪进行测量[5]。结合开切眼的实际情况开切眼顶板中部和开切眼的中间位置为支护的薄弱环节，在巷道内部设计如图2所示的监测点。

图2 开切眼支护效果监测位置布置（单位：mm）

3.1 顶板离层量的监测

对上述每个监测点浅基点和深基点分别安装顶板离层仪的监测传感器，其中浅基点位于距离围岩表面3.1 m深的位置处；深基点位于距离围岩表面9.25 m深的位置处。顶板离层量的监测数据如表2所示。

表2 开切眼支护后顶板离层量 mm

如表2所示，当开切眼跨度增大时深基点的顶板离层量增加；在浅基点位置的离层量均为0。

3.2 围岩表面位移的监测

经对围岩表面位移监测数据进行汇总分析后可得出如下结论：

1）当开切眼的跨度为9.3 m时，在30 d的监测周期内顶板最大下沉量为25 mm，对应左右两帮的最大移近量为40 mm，而且，随着时间的推移，顶板的最大下沉量可达40mm，两帮最大移近量可达60mm。

2）当开切眼的跨度为10.5 m时，在30 d的监测周期内顶板最大下沉量为30 mm，对应左右两帮的最大移近量为45 mm，而且，随着时间的推移，顶板的最大下沉量可达45 mm，两帮最大移近量可达65 mm。

综上所述，不论开切眼跨度为9.3 m还是10.5 m，本文所提出的支护手段达到了预期效果。

4 结论

开切眼作为综采工作面生产中设备安装的关键场所，其支护效果是保证设备安装、拆卸快速、高质量完成的基础。鉴于开切眼与综采工作面其他巷道具有明显区别，其跨度较大且容易受到地质条件的影响，故需加强对开切眼的支护。针对8702工作面开切眼，本文提出锚杆+锚索+金属网的联合支护方式，最终应用顶板离层仪和数显收敛仪对支护后开切眼顶板离层量和围岩变形量进行测量，得知所采取的支护手段达到了预期效果。