孤島工作面窄煤柱臨空巷道動(dòng)壓影響下圍巖控制技術(shù)的應(yīng)用

程 波

（山西晉煤集團(tuán)翼城晟泰青洼煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 043500）

某礦井位于沁水煤田西南邊緣，整個(gè)地區(qū)屬于侵蝕山地，東北部為山地，礦區(qū)的地形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。從地勢(shì)角度來(lái)看，礦井中部為山地，海拔相對(duì)較高，其他地區(qū)海拔較低，形成了中間高、四周低的地勢(shì)特點(diǎn)，其中礦區(qū)內(nèi)部相對(duì)高速為240.5 m。

中條山隆起的東北部，為中山區(qū)，地貌屬侵蝕山地，溝谷多為“V”型谷。井田內(nèi)總體地勢(shì)為中部高，北部及東南部低。最高點(diǎn)位于井田中部山梁處，海拔1 350.5 m，最低點(diǎn)位于井田西北角，海拔1 090 m，最大相對(duì)高差240.5 m。區(qū)域地層自南向北，礦區(qū)地質(zhì)組成不斷發(fā)生變化，復(fù)雜的地質(zhì)情況，無(wú)疑增加了后續(xù)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)難度，以新生界為例，該礦區(qū)的新生界以角度不整合覆蓋于各時(shí)代地層之上。從地質(zhì)勘查人員獲取的數(shù)控來(lái)看，整個(gè)礦區(qū)呈現(xiàn)出一定的單斜結(jié)構(gòu)，傾斜方向以東西向存在，傾斜角度在7°~15°之間，單斜機(jī)構(gòu)中，地質(zhì)斷層較為發(fā)育，從獲取的數(shù)據(jù)來(lái)看，整個(gè)斷層共有9 個(gè)，整個(gè)礦區(qū)的開(kāi)采難度相對(duì)較大。

1 工作面概況

2102 工作面位于某礦井的2 號(hào)煤層區(qū)域，出于整個(gè)礦區(qū)的山體西部，與3 號(hào)煤層距離及相對(duì)較近，垂直距離為7.84~10.17 m，平均距離9.14 m。該煤層平均厚度度為4.67 m。整個(gè)煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，煤層頂部分布有粉砂巖，煤層底部分布有泥巖。整個(gè)煤層厚度變化相對(duì)小，實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)的難度較低。

2102 工作面煤層傾角3.5°~5.0°，平均4.15°左右，煤層底板標(biāo)高+910~+1 085 m，蓋山厚度50~324 m，煤層厚3.85~6.05 m，平均4.66 m，含0-1 層夾石，全區(qū)穩(wěn)定可采；頂?shù)装宥酁榉凵皫r、泥巖，頂板偶為中粒砂巖。該工作面北面有F3 派生的斷層，預(yù)計(jì)對(duì)巷道掘進(jìn)有一定影響。

2102 工作面為未開(kāi)采的孤島工作面，西南側(cè)為已開(kāi)采的2101 工作面，西北側(cè)為開(kāi)采完成的2103第一工作面，東北側(cè)為將要開(kāi)采的2103 第二工作面。2102 工作面四鄰關(guān)系圖見(jiàn)圖1。

2 該工作面承受的動(dòng)壓影響

2102 工作面新掘巷道掘進(jìn)過(guò)程，由于各類設(shè)備的影響，使得掘進(jìn)巷道的應(yīng)力發(fā)生較為明顯的變化，應(yīng)力的變化，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力產(chǎn)生新的變化。巷道內(nèi)應(yīng)力不斷集中，受力平衡狀態(tài)被打破。新掘進(jìn)巷道在開(kāi)采過(guò)程中，整個(gè)巷道的水平應(yīng)力出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，逐步向頂部集中，應(yīng)力的集中，使得新巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到影響，增加了巷道塌方的發(fā)生機(jī)率[1]。2102 工作面新掘巷道位置圖見(jiàn)下頁(yè)附圖2。

新掘巷道一般在鄰近工作面采完應(yīng)力重新分布完成之后，沿著采空區(qū)邊緣掘進(jìn)巷道，能夠從而避開(kāi)采動(dòng)帶來(lái)的支承壓力影響。在整個(gè)采礦掘進(jìn)的過(guò)程中，礦區(qū)原有的2102 工作面受到2103 工作面的影響，工作的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、受力狀態(tài)發(fā)生較為明顯的變化。隨著2103 工作面掘進(jìn)工作的持續(xù)進(jìn)行，整個(gè)工作面的頂部在應(yīng)力作用下，出現(xiàn)頂部塌落或者移位的情況，這種情況的出現(xiàn)，使得煤礦采空區(qū)上部巖層的整體重心位置，發(fā)生變化，這種變化的出現(xiàn)，無(wú)疑使得新掘進(jìn)巷道應(yīng)力場(chǎng)平衡狀態(tài)被打破，受力結(jié)構(gòu)的變化，無(wú)疑給整個(gè)新巷道掘進(jìn)極易發(fā)生變形。從實(shí)際情況來(lái)看，2103 工作面的整個(gè)采空區(qū)兩側(cè)的側(cè)向支撐壓力，壓力影響范圍在15~30 m 的范疇，整個(gè)巷道的側(cè)向壓力分布范圍較廣，這情況的發(fā)生，對(duì)于2103 工作面后續(xù)采礦、掘進(jìn)等工作的開(kāi)展均產(chǎn)生了不利影響。

圖2 2102 工作面新掘巷道位置圖

由于2102 工作面與2103 工作面的空間距離相對(duì)較近，2103 工作面在掘進(jìn)的過(guò)程中，2102 工作面受到其回采工作的影響，整個(gè)工作面的圍巖應(yīng)力數(shù)值發(fā)生明顯增大，使得圍巖的應(yīng)力分布再次發(fā)生變化，部分區(qū)域應(yīng)力分布較為集中，應(yīng)力的集中，使得整個(gè)圍巖的變形量加大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到削弱。

由于2103 工作面和2102 工作面之間煤柱為窄煤柱，工作面不斷向前推進(jìn)導(dǎo)致基本頂?shù)膽衣毒嚯x增加、破斷失穩(wěn)、回轉(zhuǎn)下沉，從而導(dǎo)致巷道圍巖變形劇烈，破斷后的頂板朝向采空側(cè)傾斜，巷道斷面越大、頂板懸露長(zhǎng)度越大，頂板下沉量越大，給工作面的采掘作業(yè)帶來(lái)很大影響。

3 該工作面圍巖控制的措施

從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，2102 工作面在煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，受到2103 工作面回采的影響較大，每次回采過(guò)程中，均會(huì)對(duì)整個(gè)2102 工作面的巷道受力情況產(chǎn)生作用，導(dǎo)致圍巖發(fā)生變形，對(duì)煤礦開(kāi)采工作的開(kāi)展產(chǎn)生極大的消極影響。基于這種認(rèn)知，在2102 工作面的日常開(kāi)采過(guò)程中，工作人員需要投入大量的時(shí)間與精力，進(jìn)行圍巖控制工作。

1）巷道支護(hù)。

由于2102 工作面和2103 工作面煤柱留設(shè)較小，隨著2102 工作面新掘巷道掘進(jìn)，巷道圍巖變形逐漸加大，雖然巷道錨桿、錨索等支護(hù)體在最初受力較小，但是圍巖在錨桿作用力的影響下形成“組合梁”、“組合拱”，提高了圍巖的強(qiáng)度，錨索又能夠提高對(duì)巷道頂板的懸吊作用，控制頂板的離層垮落。隨著圍巖變形的進(jìn)一步加大，支護(hù)體所受的支護(hù)力呈現(xiàn)一定線性的增長(zhǎng)趨勢(shì)。使巷道圍巖-支護(hù)在時(shí)間及空間上達(dá)到耦合，在一定阻力條件下和圍巖共同變形，既抑制了圍巖的有害變形又使支護(hù)最大限度的發(fā)揮作用，從而使巷道變形速率減小，最終實(shí)現(xiàn)該巷道的穩(wěn)定。

因此，在巷道支護(hù)時(shí)要充分發(fā)揮圍巖-支護(hù)的共同作用，調(diào)動(dòng)2102 工作面新掘巷道圍巖深處的自承能力，同時(shí)運(yùn)用錨桿、錨索的組合支護(hù)維護(hù)巷道的穩(wěn)定，滿足2102 工作面掘進(jìn)、回采期間的需要。

2）水力壓裂。

在對(duì)巷道圍巖支護(hù)的同時(shí)，配合水力壓裂效果會(huì)更好。通過(guò)對(duì)2103 工作面、2102 工作面進(jìn)行水力壓裂，杜絕工作面回采或大面積懸頂對(duì)巷道造成的壓力，使堅(jiān)硬的巷道頂板盡快冒落，也是巷道卸壓的過(guò)程，窄煤柱承受的壓力相對(duì)減小，在一定程度上對(duì)2102工作面新掘巷道變形程度方面起到積極的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

2102 孤島工作面在巷道掘進(jìn)過(guò)程中受2103 工作面回采影響很大，新掘巷道圍巖應(yīng)力變化很復(fù)雜，不斷進(jìn)行重新分布形成高應(yīng)力狀態(tài)，這些高應(yīng)力區(qū)域的存在對(duì)工作面后續(xù)的開(kāi)采活動(dòng)帶來(lái)不利影響，容易引發(fā)巷道變形嚴(yán)重，甚至帶來(lái)災(zāi)害事故。而預(yù)防這種情況發(fā)生的措施就是增加巷道支護(hù)強(qiáng)度、對(duì)巖層進(jìn)行卸壓等方法，從而降低巷道的變形量，在實(shí)踐中得到了較好的效果。