回采工作面三巷布置留巷围岩变形及支护技术

摘 要：针对煤矿回采工作面采用一面三巷布置回采期间受采动影响时留巷围岩变形分布与变形规律，提出合理的支护建议，并在后期进行矿压规律分析与总结，对同等条件下受采动影响巷道二次加固方案提供理论依据。

关键词：留巷；围岩变形；矿压观测；矿压显现；综采

目前综采工作面一面三巷布置在国内煤矿广泛应用，其中留巷围岩应力、变形分布与原岩应力、围岩力学性质、围岩结构与回采工作面的空间和时间关系等因素密切相关。现针对色连二号煤矿12309工作面留巷在工作面回采期间进行一系列矿压观测，通过观测分析判断巷道动压影响、围岩变形规律，提出合理的二次支护技术，并进行井下实验，评价支护效果，并提出合理的留巷支护原则与建议。

1 工程概況及地质情况

鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区以西13km处，矿区范围38.3231km2。矿井开采侏罗系煤层，共有煤炭资源储量596850kt，设计可采储量345575kt，矿井初期设计规模为400万吨/年，矿井现开采31煤层。12309工作面作为31煤层首采面，工作面采用一面三巷布置，（即工作面回风顺槽、工作面胶带顺槽和工作面辅运顺槽）。

12309工作面位于矿井一水平、二盘区。工作面走向长240m，倾斜长2804m，该面采用三巷布置，其中12309辅运顺槽与胶运顺槽间距20m。该面31煤层底板距其上22中煤层底板间距为20.78～29.87m，、距其下31下煤层底板间距为25.97～39.89m。工作面31煤层厚度变化较大，东部及中部煤厚正常在1.61.8m；西部靠近切眼处煤层较厚，在1.962.88m。本工作面31煤层多不含夹矸，在切眼附近局部含1层0.14m砂质泥岩夹矸，直接顶板为砂质泥岩，厚度1.0m，有时为细砂岩。老顶为中砂岩，灰白色，胶结差，遇水砂化，平均厚7m；直接底为砂质泥岩，灰色，裂隙发育，有时含13层煤线，平均厚3m。工作面水文地质条件中等复杂，主要充水因素为侏罗系中下统煤系地层特别是31煤层顶、底板砂岩水、钻孔水及断层水。上部侏罗系中统、白垩系及第四系含水层为间接充水含水层。

2 辅运顺槽掘进期间支护方式及矿压显现特征

掘巷期间12209辅运顺槽顶板采用4.8m长的W型钢带，10#菱形金属网和6根Φ20×2500mm螺纹钢锚杆支护，顶板锚杆间排距880×800mm；无构造带区域，顶板锚索采用“40”布置，构造带及硐室区域顶板锚索采用“440”布置，锚索规格Φ17.8×7300mm；巷帮采用H型梯子梁，10#菱形金属网和4根Φ20×2500mm螺纹钢锚杆支护，巷帮锚杆间排距750×800mm。

在掘进期间内，31煤层工作面顶底板移近量一般为20～50mm，两帮移近量一般为10～20mm，虽然深部岩层没有明显离层现象，但顶板浅部岩层离层量最大达到20mm以上，顶板锚索载荷增加值一般为20～70KN，顶板锚杆载荷增加值一般为10～80KN，巷帮锚杆载荷增加值一般为5～30KN，说明31煤层实体顺槽矿压显现程度较为明显。

3 工作面回采期间巷道加固方式及矿压观测

3.1 工作面回采期间辅运顺槽加固方式

由于12309辅运顺槽与12309胶运顺槽间距20m，在12309工作面回采过程中，12309辅运顺槽将会受到12309工作面采动超前支承压力和侧向残余支承压力的双重影响，从而造成12309辅运顺槽长期处于复杂应力环境中，特别在工作面回采动压影响期间12309辅运顺槽矿压显现剧烈，超前12309工作面回采距离采取以下主动加固方案：

顶板原支护锚索采用4眼槽钢梁组合布置区段：沿巷道顶板中部及左右两侧各加补一排走向槽钢组合锚索，补打的走向锚索两槽钢梁端头间距300mm，两槽钢梁端头锚索间距700mm，同一槽钢梁上锚索间距1300mm，槽钢梁长3m，锚索规格Φ21.6×8300mm。

3.2 观测站布置及观测方法

为了监测12309辅运顺槽受工作面采动影响时，巷道围岩的矿压显现规律及巷道加固工程的支护效果，观测内容应围绕巷道受采动影响时煤体应力、顶板围岩的破坏状况及巷道围岩表面位移开展，监测的核心是12309工作面辅运顺槽与胶运顺槽之间联络巷不同位置煤体应力。

（1） 煤体应力观测方法

煤体应力采用GYW25围岩应力传感器观测。围岩应力传感器2小时自动记录对应时刻围岩应力数据，围岩应力数据采集采用红外感围岩应力采集器定期采集通过数据录入软件导入电脑。

煤体应力观测站设置在距12309工作面切眼1250m联巷位置，该联巷长20m，在联巷两帮距底板约1.5m位置各安装了8个围岩应力传感器，每个围岩应力传感器安装钻孔相邻间距2m。

（2） 巷道围岩表面位移观测站布置及观测方法

巷道围岩表面位移采用“十字”布点法设置，从12309辅运顺槽开切眼位置开始，在辅运顺槽内每隔50m设置一组测点。顶板测点布置在顶板中部锚杆头上，底板铅垂布置在底板设置的铁钉上；两帮测点分别布置在两帮中部锚杆头上。观测时顶底板移近量采用钢卷尺或塔尺测量巷道顶部中部锚杆头到底板铁钉距离；两帮移近量采用钢卷尺或塔尺测量巷道两帮中部锚杆头之间距离

3.3 矿压观测结果分析

（1） 辅运顺槽围岩表面位移观测结果分析

为了掌握12309辅运顺槽受12309工作面采动影响程度及围岩的变形规律，从12309辅运顺槽开切眼位置开始，在辅运顺槽选取3个巷道围岩表面位移观测站。图1～图3分别为1#、10#、15#测点顶底板和两帮围岩变形随工作面推进距离变化曲线。

由图1可以看出，在工作面采过1#测点15m之前巷道围岩呈现缓慢变形，当工作面采过测点15m后巷道围岩变形显著增加，当工作面采过则点220m后巷道围岩变形减缓，当工作面采过测点510m后，巷道围岩变形达到稳定状态，在整个观测过程中巷道顶底板和两帮移近量分别为110mm和20mm。

由图2可以看出，当工作面采过10#测点15m后巷道顶底板和两帮移近量才开始出现变化，当工作面采过则点270m后巷道围岩变形减缓，当工作面采过测点570m后，巷道围岩变形达到稳定状态，在整个观测过程中巷道顶底板和两帮移近量分别为120mm和60mm。

由图3可以看出，当工作面采过15#测点15m后巷道顶底板和两帮移近量才开始出现变化，当工作面采过则点280m后巷道围岩变形减缓，当工作面采过测点460m后，巷道围岩变形达到稳定状态，在整个观测过程中巷道顶底板和两帮移近量分别为210mm和30mm。

由上述观测结果可以看出，在动压影响条件下，巷道围岩变形具有如下特点：

a.12309辅运顺槽巷道围岩顶底变形量最大为300mm，两边变形量最大为60mm，说明在工作面采动支承压力影响前主动加固巷道顶板能大幅降低巷道围岩变形量。

b.12309辅运顺槽围岩变形受工作面采动影响主要为滞后影响，其中围岩变形剧烈影响区为工作面采后15m～290m区段，之后巷道围岩变形减缓，当工作面采后约500m后巷道围岩变形就基本趋于相对稳定状态。

（2） 辅运顺槽联络巷煤体应力观测结果分析。

在12309辅运顺槽距切眼1245m联巷位置共计设置了16个煤体应力测点，密闭墙打好后，为了掌握煤体应力的变化规律，现按煤体应力随工作面推进距离变化来分析煤体应力的变化过程。图4为不同阶段煤体应力（附加应力）沿工作面侧向分布变化曲线。

由煤体应力随距工作面距离变化曲线及煤体应力随时间变化曲线可以看出，色连二矿1煤层工作面回采后围岩应力分布具有如下特点：

通过图4可以看出，工作面采过联巷205m后，距12309胶运6m～10m范围内煤体应力变化较大，应力峰值位置距采空区边缘距离为8m。

4 应用情况分析

12309工作面辅运顺槽留巷通过超前采用Φ21.6×8300mm锚索配合槽钢梁对顶板进行了主动加固措施，12309辅运顺槽巷道围岩顶底变形量最大为300mm，两边变形量最大为60mm，说明在工作面采動支承压力影响前主动加固巷道顶板能大幅降低巷道围岩变形量。巷道锚索受力较小，巷道安全系数较高。

参考文献：

[1]李宇龙，丁国峰，马海涛，冯建志.受邻工作面采动影响的巷道加固研究与实践[J].2013.7.

[2]许卓群，乔鹏聪.受工作面采动影响的下方胶运空巷二次加强支护[J].2011.

作者简介：王欢（1990），男，汉族，内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗人，2013年毕业于中国矿业大学采矿工程系，现为鄂尔多斯市中北煤化工有限公司生产技术部助理工程师，主要从事采煤技术管理工作。