综采工作面沿空掘巷矿压显现特征研究

马 辉，冀新伟

(1.北京昊华能源股份有限公司长沟峪煤矿，北京 102400;2.河南神火集团有限公司葛店煤矿，河南 永城 476600)

近年来，随着煤炭开采技术的不断革新，无煤柱或小煤柱护巷技术在很多矿区都已经得到实践，沿空掘巷和沿空留巷技术是实现无煤柱和小煤柱护巷的两种关键技术。然而现实中由于地质、管理、技术成熟度等条件的制约，沿空留巷巷道维护起来相对困难，故在实践中沿空掘巷运用较多，沿空掘巷能够有效地实现煤炭资源的合理开发，提高煤炭资源采出率、延长矿井服务年限、缓解采掘接替矛盾，而且有利于矿井安全生产和改善矿井技术。

1 试验巷道概况

淮南矿业集团张集北矿1410(1)工作面位于西二11－2煤浅部采区南邻1411(1)工作面采空区，煤层倾角5°～10°，工作面标高 －424～ －381 m，地质条件相对简单;沿1411(1)工作面采空区边缘留设6～7煤柱掘巷，巷道断面为矩形，净断面为4.8 m×3.2 m锚梁网+锚索支护。1410(1)工作面11煤层柱状图见图1。

2 数值模拟

以张集矿1410(1)工作面地质条件和工程背景为依据，运用FLAC3D数值模拟软件建立分析模型，模拟分析了在掘进期间巷道围岩的塑性区、垂直应力、巷道围岩的变形特征。

图1 1410(1)工作面11煤层柱状图

2.1 模型建立及参数选取

采用摩尔－库伦本构模型，模型左右及底部采用固支位移边界条件，顶部采用应力边界条件。数值模型总的宽度为120 m，总高度为89.1 m，部分岩层的力学参数，见表1。

2.2 模拟结果

依据FLAC3D建模原则，采用莫尔－库仑(Mohr－Coulomb)屈服准则判断岩体的破坏、应变软化模型，反映煤体破坏后随变形发展残余强度逐步降低的性质，沿空掘巷应力分布及围岩的变形特征如图2，图3，图4，图5所示。

表1 岩层的岩石力学参数

通过模拟得出:

1)受相邻工作面采空区影响，巷道围岩应力呈现不均匀分布，巷道下帮处于应力集中区。

2)由于沿空掘巷留设煤柱只有8 m，掘进期间随着时间的推移，煤柱发生压垮变形，塑性区不明显。

3)模拟得出掘进期间巷道表面移近量是不同的，其中顶板变化最大，其次是巷道下帮，底板变形最小。

3 巷道稳定性现场实测与分析

3.1 巷道表面位移

1410(1)工作面运输巷道临近1411(1)工作面，属于沿空掘巷，故表面位移采用十字交叉法在其内距工作面50 m、120 m断面布置表面位移测点，当班测量顶底和两帮移近量，定期处理分析，累计变形量和变形速度曲线图见图6，图7。

图6 回采期间表面移近量曲线

图7 回采期间巷道表面移近速度曲线

巷道表面位移观测结果表明:

1)巷道两帮位移变化比顶底变化大，其中两帮最大移近量为275 mm，顶底最大移近量为250 mm;另外两帮累计位移量最大为1000 mm，顶底累计位移量最大为960 mm。

2)机巷围岩移动可划分为三个阶段，第一阶段为围岩运动剧烈期，即远离迎头约40 m，在此期间巷道表面位移变化剧烈;第二阶段为围岩运动平缓期，期限为第一阶段末到远离迎头约80 m，在此期间，围岩运动慢慢减小，并逐步趋于稳定;第三阶段为围岩运动稳定期，即远离迎头80 m以外，表面位移变化很小，在此期间围岩运动基本稳定。

3.2 巷道深部位移

研究巷道深部位移能够了解回采工作面围岩的塑性圈范围及煤体松动破坏圈范围，1410(1)工作面深部位移曲线如图8，图9。

巷道深部位移观测表明:

1)工作面推进方向:由图8可知，随工作面的推进，在距工作面平均80 m左右处各基点位移变化开始明显，说明工作面前方80 m范围内受到回采采动影响，这与表面位移观测结果基本一致。

2)垂直工作面方向:由图8可知，2 m与4 m位移发生了很大的突变，最大相差为30 mm，而2 m到更深处位移变化不是太大，向巷道方向位移依次减小，中间没有太大的分离空间，说明倾向2 m以内煤体发生了分离，由此可以判断机巷煤体塑性区宽度在2 m左右。

3.3 煤体支承力

研究沿空巷道的煤体支撑力能够较为准确地反映出工作面采动对沿空巷道的影响范围，通过现场观测得出回采期间沿空巷道中的锚杆锚索应力变化曲线图见图10。

图10 锚杆锚索应力变化曲线

由图10可见，运输巷锚杆锚索应力变化在距工作面80 m以外变化不是很明显，随着工作面推进到离测站80 m以内时锚杆锚索应力开始有明显变化，当距测站45 m左右时应力计应力出现剧烈变化，当工作面距测站15 m左右时达到峰值。

4 结论

1)通过数值模拟得出，掘进期间沿空掘巷留设8 m小煤柱随着时间的推移会出现压垮破坏，巷道围岩变形不一致，顶板变形最大，下帮次之，底板最小。

2)1410(1)工作面沿空巷道在回采期间巷道表面位移变化量大，工作面采动对沿空巷道的影响比较剧烈，工作面超前支护距离不能小于80 m。

3)1410(1)沿空巷道靠近工作面实体煤侧深部位移规律:浅部位移变化量大于深部变化量，且当工作面推进距测点80 m处时，煤体出现松动破坏，破坏深部为2 m左右。

4)工作面煤体支承应力峰值位置位于工作面超前15 m左右。

［1］谢广祥，曹伍富，华心祝，等.综放沿空掘巷矿压显现规律及支护参数优化［J］.煤炭科学技术，2002，3(12):10－13.

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