深井沿空留巷矿压显现规律研究

赵晓珂

（安徽理工大学能源与安全工程学院，安徽 淮南 232001；淮沪煤电公司丁集煤矿，安徽 淮南 232142）

1 工程概况

丁集煤矿某工作面埋深800～900 m，主采11-2煤，煤层厚度0.9～3.55 m，平均2.7 m。其运输顺槽长度约1 600 m，为实现工作面Y型通风，提高煤炭采出率，解决瓦斯超限等问题，运输顺槽采用沿空留巷。

运输顺槽沿11-2煤层顶板掘进，宽×高＝4.8 m×2.8 m。煤层顶板普遍发育11-3煤，11-3煤厚平均0.5 m，与11-2煤间距为0.5～7.8 m，平均为2.4 m；底板发育11-1煤，与11-2煤间距平均为2.6 m。煤层直接顶为泥岩，厚0.5～7.8 m，平均2.4 m；老顶为细砂岩，厚16.4～23.85 m，平均21 m。直接底为泥岩，平均厚2.6 m；老底为细砂岩，平均厚1.6 m。运输顺槽掘进期间，支护形式及参数如下：顶板施工7根Ф22-M24-2 800 mm锚杆，间排距750×800 mm；布置“4-4”形式Ф21.8-6 300 mm锚索，排距800 mm。帮部施工5根Ф22-M24-2 000 mm锚索，间排距650×800 mm。

工作面回采期间，超前工作面30 m对运输顺槽加强支护，即顶板补打Φ21.8×6 300 mm锚索，形成“5-4-5”布置形式；非回采侧补打2道Φ21.8×5 200 mm锚索，分别距底板800 mm、1 500 m，每3排用锚索梁固定。

根据以往施工经验并结合现场观测，运输顺槽采用半原位沿空留巷，即充填墙体适当进入巷道内部，充填墙体宽度为3.0 m，骑入巷道的宽度定为800 mm，则初始留巷宽度为3 800 mm。墙体高度与巷道高度一致，即2.8 m。

为监控沿空留巷效果及掌握沿空留巷矿压显现规律，在距离开切眼256 m处布置了顶板锚杆托锚力监测点，距离开切眼110 m处布置了实体煤帮应力监测点。下面，对矿压监测结果进行详细阐述。

2 锚杆托锚力监测

在该测站选取了4根顶部锚杆进行托锚力的监测，以距离工作面为基准，整理数据如图1所示。由图1可知，工作面向前推进到距离测站60 m期间，锚杆托锚力，即工作阻力增加较少，基本在1 t以内，并且增长趋势缓慢。说明顶板岩层比较稳定，并未受到工作面超前支承压力的影响。

图1 顶板锚杆托锚力变化曲线图

图2 非回采侧帮部垂直应力分布图

当工作面继续向前推进，锚杆工作阻力增加趋势明显，并且增加速度越来越快，其中，顶板锚杆4#工作阻力最大增加到15 t。说明顶板岩层受到工作面超前支承压力的影响比较显著，也表明工作面超前支承压力影响距离达到60 m。

当测站刚进入留巷阶段时，即工作面后方0～30 m范围内，锚杆工作阻力呈现上下波动的状态，总体比较稳定；工作面继续推进后，即距离工作面30 m以上，工作阻力整体又呈现出上升的趋势。表明巷道顶板浅部围岩受到厚层直接顶垮落旋转的影响，使锚杆对其约束作用进一步增强，保证其完整性。

3 巷道实体煤帮应力实测分析

由于水平压力对巷道变形影响较小，因此在巷道实体煤侧，即非回采侧帮部的应力监测主要针对垂直应力。利用Suffer软件对所得的监测数据进行处理，所得结果如图2所示。由图2中的数据可知，可根据围岩的深度将非回采侧帮部围岩分为浅部围岩和深部围岩，即距离巷道表面3～10 m为浅部围岩，距离巷道表面10～18 m为深部围岩。二者的垂直应力分布规律有所区别，具体如下：①随着工作面回采，距离测站105 m处时，非回采侧帮部的深部围岩应力开始显现，工作面进一步推进，垂直应力增加明显，到工作面后方5 m时，深部围岩垂直应力达到最大，最大值为26.75 MPa。随后，垂直应力开始突然下降。②当工作面推进到距离测站80 m处时，非回采侧帮部的浅部围岩垂直应力才开始逐渐增加，但增加速度明显大于深部围岩应力。当距离工作面20 m以后，浅部围岩的垂直应力达到平衡的状态，工作面继续推进也无明显变化。③深部围岩的垂直应力在达到最大应力值26.75 MPa后，其应力峰值发生转移，与浅部的垂直应力峰值重合，使浅部应力高峰区范围向深部扩大，但峰值点仍然在6 m附近围岩处。另外，12 m、9 m围岩应力上升速度最大，到工作面后方90 m，峰值有向深部转移至9～12 m的趋势。

4 沿空留巷效果评价

丁集煤矿技术人员对运输顺槽沿空留巷的表面变形情况进行了日常观测，当工作面推进到表面收敛测站时，巷道两帮移近513 mm，顶底板移近970 mm，其中，底鼓高达695 mm，顶底板移近量是两帮移近量的2倍左右。当测站进入留巷阶段后，至工作面后方190 m处，顶底移近量达到1 586 mm，主要来自巷道底鼓，底鼓量为1 227 mm；两帮移近量达到714 mm，主要来自非回采侧帮部，其变形量达到694 mm，即充填墙体变形量仅为20 mm左右。沿空留巷顶板及巷道帮部整体形态较好，未出现严重破坏的情况。

在沿空留巷长度达到800 m时，断面尺寸平均为宽×高＝3.5 m×2.0 m，断面面积基本保持在6 m2以上，能够保证工作面回风的正常进行，留巷内部瓦斯抽采孔也保证正常抽采。由于采用了Y型通风，工作面及端面上隅角瓦斯浓度相较U型通风明显降低，并且顺槽的工作环境得到了明显改善。长期的矿压观测表明，顺槽顶板岩层保持了完整性，实体煤帮部并未出现严重破坏，充填墙体变形量很小，未向巷道内部发生明显位移。巷道底鼓比较严重，这是由于未在底板进行加固处理，而是让其作为矿压的卸载出处，只需通过适当的卧底工作就能保证留巷的正常使用。

参考文献：

［1］申佳啸.中厚煤层沿空留巷岩控制技术研究［D］.太原：太原理工大学，2013.

［2］李国才.中厚煤层沿空留巷围岩控制数值模拟研究［J］.煤炭科技，2015（04）.

［3］范祖君，李景涛，臧茂彬.中厚煤层沿空留巷技术应用［J］.山东煤炭科技，2011（04）.