大采高工作面切眼安全稳定研究

摘 要：众所周知，大采高工作面切眼跨距较大，影响其安全稳定的因素较多，不仅受工作面埋深影响，并且受切眼巷道支护参数和跨距大小的影响。文章以工程实践为契机，建立了切眼跨距力学模型，推算出极限跨距计算公式，并结合实际工程条件，选择合理支护参数，保证了切眼巷道的安全稳定。

关键词：大断面；安全跨距；力学模型

前言

工作面开切眼是工作面回采开始准备的场所，回采设备的安装、准备需要在此空间内进行，因不同的回采工艺，需要的回采设备的不同，也就决定开切眼的断面大小不同[1-2]。开切眼断面过小，回采设备安装不了，不能顺利进行生产，开切眼断面过大，巷道支护困难，故开切眼合理跨距选择以及巷道支护参数直接影响煤矿安全高效生产[3-4]。

1 工程概况

河南某矿主采二1煤，煤层平均厚度6.3m，煤层倾角平均8°，属于大采高近水平煤层，煤层回采采用走向长壁一次采全高综合机械化采煤法；伪顶主要为泥岩、炭质泥岩，厚度不超过0.5m，仅零星分布；直接顶板厚度一般1～6.5m，以泥岩顶板为主。老顶多为厚度0.94～19.85m、平均7.46m的粗、中、细粒砂岩（大占砂岩）。底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚度9.1～17.27m，平均12.84m。工作面属于大采高综采，切眼需要的设备体积较大，一般跨度需要9m左右，局部跨度需要10m左右，大断面切眼巷道安全稳定问题亟需解决。

2 切眼巷道稳定性影响因素分析

大采高工作面巷道围岩稳定性受多种因素影响，切眼作为巷道比较特殊的一种，断面一般较大，其稳定性受到影响的因素更加复杂，并且可能因地、因时、因工艺不同而变化[5-6]相互交叉影响，故在确定切眼巷道合理跨距以及支护参数之前，有必要先分析一下影响切眼巷道的影响因素。

（1）巷道断面。巷道围岩由于采出空间围岩应力重新分布发生变形，不仅顶板发生下沉，两帮以及底板也会发生不同程度的变形。一般而言，采出空间越大，顶底板以及两帮变形越严重，主要是因为采动空间越大，人工扰动深度越深，围岩裂隙及破碎范围越大，围岩完整性被破坏的越严重，围岩本身的强度和自稳能力越弱，故围岩变形量越大。若是巷道横向空间越大，顶底板变形率较两帮变形率大，若是巷道纵向空间越大，巷道两帮较顶底板变形率大。

（2）巷道的支护方式及支护参数。巷道支护旨在促进巷道围岩的完整性和增加围岩抵抗强度，巷道支护方式以及参数的选择是直接影响巷道围岩安全稳定的关键因素，但支护方式和支护参数选择不合理，会造成一系列问题，如支护强度过大，造成支护成本过高，资源浪费，经济不合算，若支护强度过低，支护失效，巷道围岩变形量过大，生产受到严重影响，故巷道支护方式及支护参数选择尤为重要。

（3）地质因素。在一定程度上，地质因素是决定巷道围岩稳定的比较关键的因素。不同的地质条件存在不同围岩性质，即围岩中存在不同的软弱结构面（即节理）和其间的充填物，以及它们本身的空间分布状态，包括结构面的组数、间距及岩体单位体积中的节理数。

（4）巷道的埋藏深度。巷道埋深也是决定巷道围岩稳定性的因素之一。巷道不同的埋深决定了巷道不同的围岩应力，而围岩应力是影响巷道围岩变形的直接因素，巷道埋深越大，巷道围岩应力越大，致使巷道围岩变形越大。

3 切眼巷道跨距计算力学模型

切眼巷道稳定跨距可用材料力学的方法求得。切眼巷道掘进支护完成后，形成了一个新的结构空间，由于工作面切眼上部受力基本相当，可假设切眼巷道轴向上受力相同，截取切眼巷道截面建立模型。单层岩层的稳定跨距可以用材料力学方法求得，可简化成两端固支梁和两端简支梁模型进行分析，图1和图2为受力模型。

两端分别为固支和简支时，根据最大正应力和最大剪应力分别达到该处的极限强度时，可分别得到极限跨距：

4 切眼合理跨距设计及支护参数

通过建立力学模型进行理论计算以及设备安装要求等现场实際情况，确定切眼巷道的合理跨距以及支护参数。以工作面11050工作面为工程实践背景，确定该工作面切眼断面为矩形，切眼巷道分两次开掘，第一次小断面掘进，第二次扩刷断面至设计断面。具体操作如下：第一次掘进跨距为4800mm，采用锚网（索）+槽钢梁+W型钢带+钢筋梯联合支护，第二次扩刷至9200mm，切眼高度为4620mm采用超长锚杆+锚索+金属网+槽钢梁+W型钢带+钢筋梯联合支护。由于工作面设备形状原因，工作面不同地段（如刮板输送机机头段、正常段和刮板输送机机尾段）断面不同，根据实际情况酌情调整断面。在11050工作面实施后，现场应用效果良好，满足了正常安全的生产需要。

5 结束语

针对大采高工作面切眼安全稳定性问题，分析了影响其稳定的影响因素，即切眼巷道断面大小、支护参数、地质因素以及埋深，建立切眼跨距力学模型并计算得到合理跨距，以11050工作面为实践背景进行应用，取得了良好效果，为类似工作面切眼跨距的设计及支护提供了借鉴经验。

参考文献

[1]钱鸣高，等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[2]王二飞，崔石磊.三软倾斜厚煤层放顶煤工作面切眼支护技术[J].中州煤炭，2012，204

[3]董海蝉，等.锚网索耦合支护技术在南屯煤矿综放切眼支护中的应用[J].建井技术，2003，24（1）：4-8.

[4]邓聚龙.灰色预测与决策[M].武汉：华中理工大学出版社，1986.

[5]李先炜.岩体力学性质[M].北京：煤炭工业出版社，1990.

[6]贾喜荣，刘国利，徐林生.采场矿压计算分析方法[J].煤炭学报，1993（5）.

作者简介：谢晖（1987-），男，2013年毕业于河南理工大学，硕士研究生，长期从事煤矿安全监管工作。