回采工作面超前礦壓顯現(xiàn)特征及控制分析

趙　干

（淮南礦業(yè)集團(tuán)，安徽淮南232001）

摘要： 針對(duì)謝一礦4222(3)采煤工作面的上、下風(fēng)巷和輔助上山受采動(dòng)影響情況，對(duì)三條巷 道的礦壓顯現(xiàn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。分析了回采工作面上、下風(fēng)巷內(nèi)單體支柱工作阻力及巷道圍 巖變形等變化規(guī)律，提出了受采動(dòng)影響巷道的支護(hù)措施，合理的控制了巷道圍巖變形，保證 采煤工作面的安全回采。

關(guān)鍵詞：工作阻力；巷道圍巖變形；分布規(guī)律；針對(duì)措施

中圖分類號(hào)：TD823.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A[WT]文章編號(hào)：16721098(2008)02002204

Analysis of Advance Stress Behavior in the

Longwall and Its Control

ZHAO Gan

(Huainan Mining Group Co. Ltd.，Huainan Anhui 232001, China) Abstract:In view of the mining affecting the upwarddownward airways and access orial uphillof mining face 4222(3) in xieyi coal mine, insitu survey of sur ro unding rock in the three roadways was done. The working resistance ofsingle pr op and the surrounding rock deformation of roadways were analyzed, this paper pu t forwards the support measures in the mining affecting roadways, these measurescontrol the surrounding rock deformation of roadway and guarantee the mining fa ce safety.

Key words:Working resistance; The surrounding rock deformation of roadway; Dist ributionregularity; Countermeasures

試驗(yàn)工作面4222(3)為“雙突”煤層， 上風(fēng)巷標(biāo)高-554.1 m， 下風(fēng)巷標(biāo)高 -596 .4 m，工作面走向長540 m， 斜長110 m，傾角21°， 煤 厚6.5m，開采厚度2.0 m，煤層普氏硬度玣＝1.0～3.0 ，工作面采用傾斜分層走向長壁采煤法，采空區(qū)處理為冒落式，直接頂裂隙發(fā)育， 隨采隨冒，屬Ⅰ類破碎頂板(見圖1)。工作面周期來壓步距14 m。工作面 上、下風(fēng)巷為梯形工字鋼棚支護(hù)，輔助上山為半圓木支護(hù)的斷面2.2 m×2.0m，上風(fēng)巷距上階段采空區(qū)留設(shè)10 m煤柱，巷道圍巖底板 和兩幫均為煤層，為典型的軟巖巷道。 1礦壓顯現(xiàn)特征實(shí)測(cè)分析

1.1測(cè)點(diǎn)布置

在工作面上、下風(fēng)巷及輔助上山內(nèi)各布置三個(gè)雙測(cè)斷面， 測(cè)點(diǎn)間隔5 m(見 圖2)。其測(cè)點(diǎn)均布置在頂板相對(duì)完整， 掘進(jìn)支架基本規(guī)格比較正規(guī)處， 使用單體支柱支設(shè)在掘 進(jìn)棚梁下，確保初撐力穩(wěn)定在6 MPa。測(cè)定方法：采用測(cè)壓表測(cè)定單體支柱工作 阻力變化情況，使用鋼卷尺測(cè)量頂?shù)装寮皟蓭鸵平?。單位：m

圖1C13槽煤層柱狀圖 ×為測(cè)點(diǎn)

圖2C134222(3)工作面測(cè)點(diǎn)布置示意圖1.2測(cè)試結(jié)果與分析

根據(jù)對(duì)上、 下風(fēng)巷、 輔助上山內(nèi)的單體支柱受力情況，對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行觀測(cè)， 實(shí) 測(cè)結(jié)果如表1和表3所示。

不超過8～10 MPa，采距93 m后，單體支柱工作阻力從11 MPa緩慢上升，升幅變化平緩，最大達(dá)18 MPa，直至采距測(cè)點(diǎn)15 m處，工作阻力迅速上升，特別是上風(fēng)巷，由于頂板周期來壓和工作面階段煤柱應(yīng)力集中 兩者相互疊加，最大工作阻力在工作面前方11 m處達(dá)21.8 MPa。從 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以看出，超前采動(dòng)影響是導(dǎo)致巷道破壞的主要原因。a 風(fēng)巷b 順槽c 輔助上山

1. 頂?shù)装逡平浚?. 兩幫移近量；3. 頂?shù)装逡平俣龋?. 兩幫移近速度

圖4測(cè)點(diǎn)圍巖變形圖

由圖4可以看出，各測(cè)點(diǎn)處頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平渴艹安蓜?dòng)應(yīng)力影響，移近速度和移 近量均較大，按變形程度快慢可分為明顯影響范圍和劇烈影響范圍 。即煤壁前方15 m范圍頂?shù)装逡平俣群蛢蓭鸵平俣容^大，為劇烈影 響范圍 ，頂?shù)装逡平俣群蛢蓭鸵平俣茸畲蠓謩e達(dá)50 mm/d和60 mm/d，煤壁前方15～90 m范圍內(nèi)為明顯影響范圍， 頂?shù)装逡平俣群蛢蓭鸵平俣?最 大分別為35 mm/d和30 mm/d，90 m以后受采動(dòng)影響較 小。從測(cè)量數(shù)據(jù)看，風(fēng)巷由于同時(shí)受階段煤柱集中應(yīng)力影響，變形量最大， 頂?shù)?移近和兩幫 移近量差別不大， 但總量分別達(dá)680 mm和720 mm，輔助上 山由于是木支護(hù)，其徑向抗壓強(qiáng)度不夠?qū)?致木料折斷抽空頂板測(cè)量終止，順槽的頂?shù)装逡平看笥趦蓭鸵平?，但移近總量小于風(fēng)巷 。同時(shí)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，單體支柱工作阻力稍有變化，巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平侩S 之變化明顯 。頂?shù)装逡平饕憩F(xiàn)在底鼓嚴(yán)重，兩幫移近主要表現(xiàn)在工字鋼下半部向巷中失腳嚴(yán)重。

1.3理論分析

根據(jù)關(guān)鍵層理論［1］：隨著煤層加直接頂?shù)暮穸仍黾?，關(guān)鍵層上載荷和支承應(yīng) 力峰值都有下降的趨勢(shì)，但關(guān)鍵層上的載荷和支承應(yīng)力峰值的位置有遠(yuǎn)離煤壁的趨勢(shì)，因此 導(dǎo)致4222(3)工作面超前90 m范圍超前應(yīng)力增大。另外，軟巖回采巷道直接頂掘 進(jìn)期間即產(chǎn)生松動(dòng)破 碎，圍巖強(qiáng)度明顯降低，根據(jù)松動(dòng)圈理論，軟弱直接頂厚度越大，圍巖強(qiáng)度越小，產(chǎn)生的松 動(dòng)圈越大，所需的靜止時(shí)間越長。而松動(dòng)圈越大支架承受的圍巖膨脹破碎變形壓力越大，支 護(hù)越困難。同時(shí)，強(qiáng)度越低的軟巖巷道，即使在掘進(jìn)支護(hù)后變形趨于穩(wěn)定，其因流變變形仍 會(huì)繼續(xù)緩慢破壞，巷道呈現(xiàn)高速流變，而且軟弱圍巖結(jié)構(gòu)位于巷道底板時(shí)，整體穩(wěn)定性最差 ，表現(xiàn)在超前應(yīng)力稍有增加，巷道底鼓和幫腿下半部向巷中失腳幅度猛增［2］。因 此，這種軟巖巷道對(duì)采動(dòng)動(dòng)壓影響及支護(hù)阻力反映非常敏感。可見，4222(3)工作面厚的軟 弱直接頂和巷道底板的軟弱結(jié)構(gòu)，加劇了巷道圍巖應(yīng)力傳播速度，由于其巷道自持力很差， 工作 面回采后采場(chǎng)超前支承應(yīng)力峰值向煤壁深處的遠(yuǎn)方的延伸，促進(jìn)了直接頂?shù)那冃渭跋锏?松動(dòng)圈的擴(kuò)大變形速度和變形量，導(dǎo)致遠(yuǎn)離煤壁90 m內(nèi)的覆巖運(yùn)動(dòng)幅度急劇增 大，最終導(dǎo)致 巷道失穩(wěn)破壞。根據(jù)上述分析， 把本次監(jiān)測(cè)的結(jié)果結(jié)合謝一礦對(duì)44219煤層的超前應(yīng)力監(jiān)測(cè) 分析結(jié)果對(duì)比(44219初垮步距30 m左右，超前應(yīng)力峰值在工作面煤壁內(nèi)2～8 m范圍最大，達(dá)40～50 MPa，向工作面煤壁內(nèi)部迅速減小，即只在工 作面超前8 m范圍支架變形最大)，也反證了工作面巷道軟弱的底板和上方較厚 的軟弱直接頂是導(dǎo)致超前巷道變形嚴(yán)重的主要因素。要控 制此類巷道變形， 允許圍巖產(chǎn)生一定量的變形移動(dòng)， 以發(fā)揮圍巖的自支承能力， 同 時(shí)又能限制圍巖發(fā)生過大的變形或松動(dòng)［3］。 因此， “高阻可縮”的支護(hù)形式是 控制這類巷道變形的有效辦法。

2應(yīng)用舉例

3141(3)工作面頂?shù)装鍘r性、煤層及開采方法等方面情況和4222(3)工作面相近，由于掘 進(jìn)破壞下幫三角頂板，采用2.0 m×2.0 m工字鋼棚支護(hù)，避開了以 松 軟煤層做為巷道底板，同時(shí)，掘進(jìn)期間即在掘進(jìn)棚梁以下采用一梁三柱雙挑棚(挑棚柱為DZ22型單體支柱，梁為Φ20 cm半圓料，單體下墊0.3 m×0.3 m瓦石)挑齊，初撐力均達(dá)10 MPa，工作面回采期間，巷道頂 、底板及兩幫移近速度僅在上出口向外20 m范圍內(nèi)較大，有效地控制了松動(dòng)圈 的擴(kuò)大變形， 減小了超前應(yīng)力對(duì)巷道的影響程度，確保了回采期間有效的通風(fēng)、運(yùn)輸及行人斷面，大大減 少了瓦斯涌出量過大對(duì)回采的制約。

3主要結(jié)論

（1） 4222(3)工作面采動(dòng)影響劇烈范圍在工作面前方11 m處，單體支柱工作阻 力 最大達(dá)21.8 MPa，再往工作面前方，單體支柱工作阻力逐漸下降，距工作面煤 壁7 8 m至93 m處，單體支柱工作阻力為8～17 MPa，93 m處受采動(dòng)影響很小。

（2） 4222(3)工作面超前15～90 m范圍內(nèi)頂?shù)装寮皟蓭鸵平俣容^大，達(dá)25 ～30 mm/d，為采動(dòng)明顯影響范圍，影響程度較大，影響時(shí)間長 ，變形總量大。采動(dòng)影響劇烈范圍內(nèi)頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俣茸畲?，達(dá) 50～60 mm/d，巷道變形程度大。

（3） 厚的軟弱頂、底板結(jié)構(gòu)的巷道對(duì)動(dòng)壓及支護(hù)阻力反映非常敏感?！案咦杩煽s”的 支護(hù)形式是控制這類巷道變形的有效方法。

（4） 采場(chǎng)超前支承應(yīng)力峰值向煤體深處的延伸是導(dǎo)致軟巖巷道失穩(wěn)變形嚴(yán)重的直 接因素；巷道軟弱的底板和上方較厚的軟弱直接頂是導(dǎo)致巷道變形嚴(yán)重的主要因素；其 底板的軟弱圍巖結(jié)構(gòu)又是巷道失穩(wěn)最主要因素。 因此， 受一次或兩次采動(dòng)影響的軟巖巷道 ， 巷道設(shè)計(jì)首先要考慮避免出現(xiàn)軟弱的底板圍巖結(jié)構(gòu)， 選擇強(qiáng)度較大的層位作為巷道底板 。

參考文獻(xiàn)：

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