冲击地压矿井大断面开切眼支护参数技术研究

摘 要：随着科学技术的发展，煤矿机械化程度的提高，综放工作面的开采日益普遍，需要开
切眼的断面也相继变大。彬长胡家河煤矿煤层埋藏较深，经过鉴定本煤层存在冲击地压的危
险，为了保证大型综放设备的安装，采用二次掘进的方法施工切眼，切眼最宽处可达10m。
二次掘进时，巷道发生冲击地压现象，为了保证工作面顺利安装，采用了“卸压+加强支护+
让压”的方法，通过监测和现场观察验证了支护的可行性。事实证明，该优化后的支护参数
可靠性，为其他具有冲击地压和大断面开切眼的矿井提供可靠的参考依据。

关键词：冲击地压；二次掘进；大断面开切眼；支护参数
引言
冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏
的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。2015年1月15日，北京天地科技公
司提交了矿井冲击倾向性鉴定报告，报告结果表明胡家河矿4#煤层具有强冲击危险性。2月
15日省煤监局组织专家对该鉴定报告进行了评审，专家组一致认为冲击地压鉴定报告科学合
理、切实可行。
陕西彬长胡家河矿业公司经鉴定为冲击地压灾害矿井，经统计，2014年矿井累计冲击地
压显现8次，2015年矿井累计发生冲击地压显现3次。以上冲击地压显现时均给现场造成了
严重的破坏，瞬间造成巷道顶板下沉、漏顶，底板鼓起、开裂，帮部收敛、片帮，风、水管
路掉落，皮带散架，综掘机移位，设备损坏，巷道扬尘严重，人员受伤等严重破坏现象，导
致正常生产无法继续开展，现场施工人员人身安全受到严重威胁等。在胡家河矿井，由于冲
击地压显现造成的破坏曾经导致巷道顶板瞬时下沉量达到0.8m，两帮收敛量达到2m，底板鼓
起量达到1.5m，出现漏顶的情况下甚至导致通风受阻、无法排水的危险情况，往往给矿井带
来次生灾害。另外，由于冲击地压灾害导致巷道掘进速度减慢，巷道无法按时完工，矿井采
掘接续陷入困局，导致困局半年时间内无煤可采，给矿井的生产经营带来巨大挑战。冲击地
压给一线工人也带来了巨大的心理压力，经历过冲击地压显现的工人由于无法适应这种危险
环境，大多选择了离开一线岗位，最终导致一线员工大量流失，无法组织生产活动。在煤矿
灾害治理方面，国际上一致认为冲击地压是目前最难治理的地质灾害之一。
1 工程概况
1.1 地质概况
该工作面为4号煤层，赋存稳定，厚度19.5～26.5m，平均厚度约22.0m，总体趋势从工
作面南西侧向北东侧逐步变薄，上分层平均可采厚度约13.5m。煤层底板埋深664～750m，总
体趋势从工作面西侧向切眼先减小再增大，工作面最西侧煤层底板埋深约730m，向切眼方向
总体趋势逐步变浅，距离切眼约1180m处底板埋深最浅，约664m，然后向切眼逐步变深，最
深达745m。底板标高+335～+450m，总体趋势从工作面南西侧向北东侧煤层底板逐步升高，
最高处为切眼附近。煤层结构简单，一般含两层夹矸，且位于煤层的中上部，夹矸厚度一般
小于0.3m。4号煤层为稳定煤层，其顶板岩性以灰～深灰色粉砂岩、泥岩为主，底板则以灰～
灰褐色铝质泥岩为主。
1.2 施工概况
开切眼采用二次成巷的掘进方式，一次掘进断面宽为5.1m，高为3.7m；二次掘进断面宽
为3.4m，高为3.7m。最终形成断面宽为8.5m，高为3.7m的大型断面。（见图1、图2）
2 围岩破坏变形因素分析
（1）原岩在未开挖时，原岩应力在一定时期内是相对平稳。当开挖后，切眼围岩的原应
力遭到破坏，导致应力重新分布，从而引起周围岩体的变形、位移、甚至破坏。
（2）401105工作面埋藏较深，煤层底板埋深约为664～750m。开采深度越深，上覆岩层
重量越大，支承应力越高，因此，切眼变形及破坏的程度也随之增大。
（3）工作面厚及特厚煤层具有冲击危险性为冲击地压的发生提供了条件。401105工作
面煤层厚度19.5～26.5m，平均厚度约22.0m，上分层平均可采厚度约13.5m。因此，施工切
眼时极有可能发生冲击地压现象。
（4）开切眼宽度也是影响变性原因之一。在埋深、断面形式、围岩特性等影响因素确定
的条件下，跨度对围岩松动范围的影响表现为：跨度越大，顶板松动范围越大，顶板越易失
稳。
3 大断面切眼支护理论
大断面开切眼支护控制顶板是关键，胡家河矿401105工作面切眼采用采用二次掘进的方
法，高强度锚索网和单体液压支柱联合支护，有效地控制顶板下沉。
（1）传统的支护理论认为锚杆、锚索主要起悬吊作用。锚杆、锚索的高强度支护可以对
切眼围岩施加一定的压力，在顶板锚固区域内形成“压力带”，使围岩由单向或双向应力状态
转变为三向应力状态，变被动为主动，有效地减弱围岩的受拉、受剪破坏，改变围岩的应力
状态，可以有效控制围岩离层、裂隙发育等变形。
（2）通过二次掘进可以在先掘进的巷道基础上，使用单体液压支柱辅助支护，从而达到
减小开切眼有效跨度的作用，在一定程度上改善顶板岩层结构的整体性，有利于大断面切眼
的施工和顶板的管理。
4 支护方案设计
开切眼开挖后，会引起围岩应力的重新分布，煤层本身具有冲击性，胡家河矿井提出了
“卸压+加强支护+让压”支护方法。
4.1 冲击地压解危措施
401105工作面切眼分两次施工，均采取迎头大孔径卸压措施，三花眼布置，孔径为113mm，
孔深50m，距底板高度为1200mm。每掘进40m工作面迎头重新施工一组大孔径卸压孔，一次
掘进施工卸压孔孔间距1.2m，二次刷扩时卸压孔孔间距0.8m。
4.2 巷道支护参数
（3）锚索采用φ21.8×7100mm钢绞线，间排距1200×1400mm，3-3矩形布置，锚索托
盘采用300×300×16mmq235碟形托盘、导向环，锚索梁采用1800mm长20#槽钢，距两端200mm
处各打设长50mm×宽25mm的孔一个，每个锚索梁打设2根锚索，平行于巷道中心线方向布
置。
锚杆锚固力顶板为120kn（17.6mpa），帮部为100kn（14.7mpa）；锚索预紧力不低于200kn
（29.4mpa），锚固力不低于300kn（44.1mpa）。
5 矿压观测
（1）锚杆（索）受力监测。锚杆（索）测力计可以反映出巷道支护后，巷道锚杆（索）
工作状态，指导安全施工。锚索测力计在顶部位置处布置3个，锚杆测力计在顶部布置3个，
左、右两帮各1个。
（2）顶板离层监测。利用九点离层监测仪对顶板深部岩层的移动进行监测，及时分析监
测数据，发现深部位移量稍大时及时反馈，进行加强支护，保证巷道安全。
（3）巷道表面位移监测。利用带收敛环的锚杆碟形托盘对巷道断面进行收敛监测。
（4）通过微震和地音系统进行冲击地压监测。未发现顶板下沉现象，掘前卸压和巷道加
密布置提高了巷道的稳定性。
6 结束语
（1）为了保证大型设备的安装，大断面切眼二次掘进，并配合单体液压支柱支护，减小
了上覆岩层的压力，有利于顶板管理。
（2）采用“卸压+加强支护+让压”的理论，同时加密锚索布置起到了减跨的作用，巷道
顶板更加完整，有效地防治了冲击地压的发生。为其他冲击地压大断面切眼的施工提供了参
考依据。
参考文献
[1]胡家河矿井工作面巷道支护参数研究技术研究报告[r].2012（9）.
[2]朱建明，杨冲.特大断面开切眼分次掘进支护参数优化[j].金属矿山，2012（9）：9-12.
[3]曲建光，大跨度开切眼围岩强化控制技术研究[j].煤炭科学技术，2015（7）：1-3.
作者简介：焦小年（1968-），男，陕西洛南人，工程师，毕业于重庆煤炭工业学院矿井
建设专业，现就职于陕煤彬长胡家河矿业有限公司，从事于冲击矿压、煤矿开采相关研究工
作。