沿空留巷工作面上顺槽围岩活动规律研究

李传明

(安徽理工大学能源与安全学院, 安徽淮南市 232001)

沿空留巷工作面上顺槽围岩活动规律研究

李传明

(安徽理工大学能源与安全学院, 安徽淮南市 232001)

通过巷道表面位移观测、顶板离层观测等矿压观测手段,分别对沿空留巷工作面前方巷道和工作面后方尾巷围岩矿压显现特征进行观测,进而分析巷道围岩矿压活动规律,得出工作面上顺槽留巷前后巷道围岩变形规律的异同,对生产实践有一定指导与借鉴意义。

沿空留巷;巷道围岩;变形规律

0 前 言

沿空留巷是煤矿开采技术的一项重大改革,它对提高煤炭回收率,降低掘进率,缓解采掘接替的紧张状况,提高矿井的经济效益都有着十分重要的意义。我国学者针对沿空留巷技术进行了一系列的基础研究工作,取得了诸多进展。相对于普通开采方式,沿空留巷开采全过程的矿压显现规律有其显著特点。

有观点认为,在沿空留巷工作面顶板进入周期垮落循环后,因受采场边界煤体的支承作用,经常在采空区边界上方形成不整齐的悬臂式顶板残留边界。根据顶板岩层的分布状态,可将采空区边界附近的岩层分为垮落区、错动离层区、二次破断区、微破裂区 4个区域。顶板在采空区边界处的断裂位置及巷道所处的位置随煤体的强度不同而发生相应变化,进而影响巷道的矿压显现及稳定性。

也有观点将沿空留巷的巷道顶板运动按时间划分为前期活动、过渡期活动和后期活动 3个时期。该观点还认为,因为有老顶“大结构”的存在,有效的保护了巷内支架免受上覆岩层自重应力的作用。“大结构”的形态与采高、直接顶厚度、老顶下位岩层的性质有关。巷内支架和巷旁充填体不能改变老顶“大结构”的形态。因为巷内支架和巷旁支护不能改变顶板岩层过渡期活动时顶板的下沉量,也不能约束顶板岩层后期活动而引起的平行下沉,所以巷内支架只需保持直接顶的完整和与老顶的紧贴。

本文拟通过对试验巷道的矿压观测,分析沿空留巷工作面巷道围岩活动规律,增加对沿空留巷工作面矿压显现规律的进一步认识。

1 工作面概况

实验工作面采用沿空留巷,Y型通风方式,为单一走向长壁、区内后退式综合机械化采煤。一次采全高,采高为 2.8 m。工作面轨道顺槽用于进风及辅助运输,采用混凝土膏体材料充填沿空留巷,其余采空区顶板为自然垮落法管理。

该工作面所采煤层大部分由一宽缓的背斜和向斜组成,煤层内小的裂隙和断层构造比较发育,这些小构造一定程度上破坏了煤层的连续性,而且使工作面出现煤层异常区。工作面水文地质条件相对简单,主要充水水源为老顶砂岩水。老顶砂岩主要由中细砂岩组成,个别地段有粗砂岩和粉砂岩,岩层垂直裂隙发育,富水性较差,主要以静储量为主。直接顶板主要由细砂岩组成,赋存条件较好。

2 矿压观测

巷道表面位移观测采用巷道十字断面法测量。距离工作面前方 100 m处开始设测点,每隔 30 m设一个测站进行观测,总共设置 4个测站,观测工作面前方巷道表面位移。工作面后方 20 m处设置第一测站,以后每 30 m设置一个测点,总共设置 4个测点,观测工作面后方巷道表面位移。顶板离层观测采用顶板离层仪,测站位置与表面位移测站相同,每测站在顶板处安装一套。

2.1 表面位移观测

由图1 可以看出,工作面前方 20～90 m范围内,巷道表面位移速度很小,累积变形量也一直维持在较低的水平,顶底板和上下帮的相对位移均逐步增大,但巷道整体变形量不大。在工作面推进至距测站 20 m以内时,随着工作面推进,巷道表面位移速度明显增大,累积变形量迅速增大,巷道整体发生明显的剧烈变形。由此也可以看出,该工作面的超前影响范围为 20 m左右。同时,由于巷道顶板完整性较好,所以顶底板相对移近量远小于两帮相对移近量。工作面回采对两帮的影响大于对顶底板的影响。

图1 工作面前方巷道表面位移

如图2,工作面后方 20～40 m范围内,由于加强支护的作用,巷道表面位移速度很小。在工作面后方 40～100 m范围内,随着工作面推进,工作面后方尾巷上覆围岩不断的弯曲、下沉和破坏,尾巷采空区侧的基本顶在自重及支护体产生的切顶阻力作用下发生破断。在这个过程中,巷道表面位移速度逐渐增大,巷道整体变形剧烈。直到距工作面 100 m左右时,巷道表面位移速度迅速变小,并随工作面的推进逐渐趋于稳定。

图2 工作面后方巷道表面位移

2.2 顶板离层观测

顶板离层仪浅基点布置在顶板 1.5 m深处,深基点布置在顶板 8.3 m深处。由离层仪读数可以发现,工作面前方 5～100 m以及工作面后方 20～180 m整个观测范围内,顶板的浅部离层与深部离层均为很小的数值,即巷道顶板未发生明显的离层。本工作面直接顶为整体性比较好的砂岩,其上部有多层较完整的坚硬岩层,而且在工作面后方尾巷采取了及时有效的加强支护措施,所以上顺槽顶板在留巷前后能保持很好的整体性和运动一致性,使巷道顶板并未发生明显的离层现象。

3 结 论

本文通过巷道表面位移观测、顶板离层观测等观测手段,对试验工作面前方巷道和工作面后方尾巷分别进行矿压观测,分析发现,沿空留巷工作面前方 0～20 m左右及工作面后方 40～100 m左右范围为巷道围岩地压活动剧烈区域;沿空留巷工作面留巷前后巷道上下帮移近量都大于顶底板移近量;良好的顶板条件是保证留巷效果的重要影响因素。对该沿空留巷工作面巷道围岩活动规律的研究,有利于指导其相邻工作面的开采,对相似条件的工作面也有借鉴意义。

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2009-07-28)

李传明(1985-),男,山东莱芜人,硕士研究生,研究方向为矿山压力与岩层控制。