深部近距离变间距跨采底板煤巷围岩动显规律及控制技术

刘心广

（兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东省济宁市，272072）

深部近距离变间距跨采底板煤巷围岩动显规律及控制技术

刘心广

（兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东省济宁市，272072）

针对深部近距离多重采动影响跨采底板煤巷围岩塑性大变形破坏特征，研究了深部近距离变间距跨采煤巷围岩变形破坏及巷道底臌影响因素；通过数值模拟对跨采底板煤巷层间临界煤岩柱及合理内错距离进行优化研究，掌握多重采动影响条件下跨采煤巷动显规律，及多元应力叠加条件下跨采巷道围岩应力场动态演化规律；结合巷道围岩性态、层间距差异等制定了适合多重采动影响跨采底板煤巷动态分段耦合控制技术，并进行了工程试验研究。应用表明：跨采巷道围岩应力集中程度减弱，分布更加趋于均匀化，运输巷围岩的破坏范围及破坏深度减少，分段动态支护方式在深部近距离跨采巷道支护领域具有重要推广应用价值。

深部开采 近距离跨采 变间距 煤巷 动显规律 动态耦合支护

济宁二号煤矿3上与3下煤层间距0.7～39.25 m，平均25.66 m，层间距小、起伏变化大，两煤层在十一采区北部合并，向南间距增大。根据矿井生产接续、十一采区构造和煤层赋存特点，为缓解接续紧张，需提前施工113下08工作面运输巷和切眼，从而造成3上煤层工作面跨采3下煤层回采巷道的局面。在上下煤层工作面回采过程中，引起应力重新分布，使113下08工作面运输巷受多重采动影响而产生变形破坏。因此，深部近距离煤层跨采煤巷矿压显现规律及围岩稳定性控制技术研究己经成为济宁二号煤矿面临的一项重要课题。

1 跨采底板煤巷稳定性影响因素分析

通过对巷道工程地质条件、围岩结构、物化分析、地质力学等综合分析，有多种因素影响跨采煤巷围岩的稳定性。

跨采巷道埋深大，高构造应力水平和复杂的地质构造增加了工作面巷道工程施工的难度，并且巷道承受上位煤层工作面多重采动影响以及残留煤柱复合集中应力作用。巷道围岩在高应力作用下极易产生强烈塑性变形。在底板泥岩中膨胀性粘土矿物含量较高，遇水极易膨胀变形，从而造成巷道底臌和围岩破坏，且底臌具有明显的流变性，底板跨采煤巷相对服务时间较长，流变将引起底板岩层强度的降低及底臌量的增加。由于上部采空区积水的渗透作用，降低了层间岩石的内聚力，使顶板岩体容易产生松散脱落，弱化了锚杆锚固基础，严重影响了跨采煤巷支护稳定性。

2 深部近距离变间距跨采巷道动显规律及空间位置模拟分析

跨采煤巷的位置主要由煤层间距和煤巷内错间距确定。在跨采过程中，跨采巷道的位置不同，所受的采动影响也不同。因此，跨采煤巷位置的确定对巷道稳定性有很大影响。随着煤层工作面的回采，采动对跨采巷道的影响分别为3上煤层工作面单侧采动对跨采巷道的影响，如图1（a）所示；3上煤层相邻工作面双侧采动对跨采巷道的叠加影响，如图1（b）所示；以及3上煤层工作面和3下煤层跨采巷道服务工作面的三次采动对跨采巷道的叠加影响，如图1（c）所示。

图1 跨采工作面113上01与受采动影响底板113下08运输巷平面位置示意图

由于跨采巷道承受上下煤层工作面多次采动的影响，作用在巷道上的应力出现叠加，导致巷道变形破坏。跨采巷道应力叠加及变形情况与上下煤层巷道的内错距密切相关。因此，上下煤层回采巷道的位置关系不同，对底板跨采巷道会产生不同程度的影响。为了正确模拟分析3上及3下煤层在开采过程中113下08运输巷围岩的受力与变形情况及为正确确定跨采煤巷合理位置提供必要的科学依据，以3上及3下煤层间距、煤巷内错距为考虑因素，分析煤层间距为10 m、22 m、37 m，煤层内错距分别取6 m、12 m、20 m、28 m、35 m时，两种因素相互交叉组合确定出15种方案。

2.1 煤间距不同对巷道围岩稳定性的影响

以煤间距不同，巷道错距为28 m为例进行分析研究。因篇幅有限，仅给出了煤间距不同时巷道围岩垂向位移变化色谱图，如图2所示。从图2中可以看出，在煤间距为10 m时，巷道变形受上部工作面回采的影响很大，煤间距在一定范围内，巷道顶底板相对移近量随煤间距的增加而逐渐减小。同理，得出了煤间距不同时巷道垂向应力变化情况，巷道围岩垂向应力随着巷道距工作面距离的增加而减小并逐渐趋于稳定。煤间距不同时对巷道围岩的塑性区分布影响为当煤间距较小时巷道围岩的塑性区与上层采场底板塑性区相互连通，但随着煤间距的增加，巷道围岩塑性区范围及程度都逐渐减小，表明上部工作面回采产生的动压影响逐渐变缓。

2.2 工作面边界跨过底板巷道的水平距离不同对其围岩稳定性的影响

以巷道错距不同，煤间距一定为例进行分析研究。因篇幅有限，仅给出了错距不同时巷道围岩垂向位移变化色谱图，如图3所示。从图3中可以得知，巷道顶底板的相对移近量随巷道错距的增大先增大后减少，但总体变化幅度不是很大。同理，可以得出当错距较小时，骑跨巷道的垂向应力卸压区与上部工作面连通，且应力集中区出现在巷道的右侧，随错距的增加，逐渐在骑跨巷道的两侧形成应力集中现象。当水平距离为6 m时巷道围岩破坏范围及程度最大，随着错距的增加，巷道围岩的破坏范围呈现减小趋势，且巷道围岩破坏多以顶板为主。

在对邻近工作面矿压观测及理论分析研究的基础上，综合分析本次数值计算结果，确定3上煤层工作面采动支承压力显著影响范围为20 m左右，为确保底板巷道避免受多次采动影响及上位煤层开采形成的煤柱集中支承压力与工作面侧向支承压力叠加影响，防止冲击地压及矿震的发生，113下08运输巷合理位置确定为与113上01工作面运输巷水平距离为28 m。

图3 错距不同时巷道围岩垂向位移变化色谱图

3 深部近距离变间距跨采煤巷围岩控制技术研究

3.1 分段动态耦合控制技术理论研究及工程设计

图4 底板煤巷锚网+多根锚索支护平面图

通过对工程岩组临界深度及工程难度评价，确定了采用锚网索耦合支护方法对近距离跨采煤巷围岩进行控制，结合巷道围岩性态、层间距差异等研究采用分段动态支护，根据划分的不同层间距区间，基于关键部位耦合支护，制定了锚网支护、锚网+单根锚索、锚网+多根锚索及锚网索+钢棚的分阶段围岩稳定性控制方法，并进行了工程实践，跨采煤巷围岩稳定性较好，因篇幅有限，部分支护方案如图4、图5所示。

图5 底板煤巷锚网梯工字钢棚支护示意图

层间距10～20 m时，由于受多重采动应力影响，底板巷道围岩破碎较严重，采用锚网+多根锚索耦合支护技术，若仍产生较大变形时，建议补充工字钢棚进行被动支护；层间距20～40 m时，受采动影响相对较小，但受深部高应力软弱围岩影响，建议采用锚网+单根锚索耦合支护方式，岩石巷道及围岩完整、岩性稳定区域采用锚网支护，围岩破碎严重区域适当增加锚索支护密度。

3.2 矿压监测及反馈设计

为了掌握跨采底板煤巷相关矿压规律，进行了底板巷道矿压观测，从跨采开始到跨采停采线以外100 m止，每12 m设置一个观测断面，保证在不同层间距、围岩性态及地质构造处进行动态监测，分别进行收敛、离层、托锚力观测，具体监测结果如图6～图9所示。

从图6～图9中可以看出，113下08运输巷两帮移近量随回采工作面的推进而逐渐增加，在回采煤壁下方时移近速度较大，回采过后逐渐趋于稳定。113下08运输巷顶板在超前113上01工作面煤壁约50 m处顶板开始缓慢下沉，顶板最大下沉量为20 mm。进入113上01采空区下方应力降低区后，运输巷顶板出现轻微反弹现象。

从图8中可以看出，随工作面回采，锚杆索受力逐渐增加，20 m以内时急剧增加，顶板锚杆受力最大96.1 k N，锚索受力最大117.2k N，对比锚网支护工程质量标准表，锚杆索仍有较大富余量，通过起底修复、加打锚杆索、架棚等措施后，完全能满足113下08工作面回采、通风、运输要求。

从图9中可以看出，监测面距离113上01工作面煤壁大于40 m时，各测点的垂向应力曲线比较平缓，压力值基本保持在一定应力水平，随后呈现出增加趋势，而距离小于20 m时，出现激增现象。当工作面煤壁越过监测面后，各测点的垂向应力逐渐降低并趋于稳定。

4 结语

通过对深部近距离跨采煤层底板应力分布规律、岩层破坏特征与底板巷道 围岩应力、变形、破坏演化规律及底臌治理方面的研究，可加深对跨采巷道附加变形与破坏机理的认识，以利于对巷道附加变形进行有效控制，提出切实合理的跨采巷道围岩稳定性控制技术，对于维护巷道围岩稳定，具有重要的现实意义。通过数值模拟和现场实测，113下08运输巷围岩应力集中程度减弱，分布更加趋于均匀化，运输巷围岩的破坏范围及破坏深度减少，围岩稳定性提高。因此，针对深部近距离煤层跨采煤巷支护所提出的动态支护方式，在理论上是科学的、技术上是可行的。

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Dynamic strata behavior law and controlling technology of surrounding rock of floor roadway in deep short-distance cross mining with variable intervals

Liu Xin'guang
（JiningⅡCoal Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Jining，Shandong 272072，China）

Aiming at the large plastic deformation and failure characteristics of surrounding rock of cross mining floor roadway under the impact of deep short-distance multiple mining，the paper researches the influencing factors of surrounding rock failure and the floor heave of the roadway in deep short-distance cross-mining with variable intervals；with numerical simulation，it conducts the optimization research on the critical coal pillars and reasonable inner intersecting distance between them in the layers of floor roadway in cross mining，and masters the dynamic strata behavior law of cross mining roadway under the impact of multiple mining and the dynamic evolution law of the surrounding rock stress field of the cross mining roadway under the multiple stress superposition；combining with the surrounding rock behavior and the interlayer spacing differences，the paper makes the dynamic piecewise coupling control technology which fits the cross mining floor roadway under the impact of multiple mining and carries out the engineering tests.The applying result shows that the stress concentration of the surrounding rock of cross mining roadway is weakened，and its distribution becomes more uniform；the damage extent and depth of the surrounding rock of the haulage lane are reduced；the piecewise dynamic support technology has important application value in the support area of deep short-distance cross-mining roadways.

deep mining，short distance cross mining，variable intervals，coal roadway，dynamic strata behavior law，dynamic coupling support

TD325

A

刘心广 （1965-），男，山东嘉祥人，现任兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿副矿长、总工程师，高级工程师，研究方向为采矿工程技术。

（责任编辑 张毅玲）