综采工作面预留回风巷超前压力分析

马龙涛

(陕西陕煤黄陵二号煤矿有限公司，陕西黄陵 727307)

0 引言

黄陵煤业二号煤矿采煤工作面采用三巷式布置，辅运巷与胶带巷同侧布置，中间留设煤柱，保留上一个工作面辅运巷作为下一个工作面的回风巷。回风巷服务时间相对较长，回采过程中全断面来压剧烈，底板和煤柱帮的变形尤其严重，顶板管理困难。为此，需要总结回采期间回风巷超前支承压力分布规律，掌握外部因素对压力显现的影响，为回采过程中回风巷来压预判提供科学依据，保证安全回采。

1 研究及工作内容

项目在207采煤工作面回风巷实施，巷道设计高度3．8 m、宽度4．6 m，采用锚网索联合支护。207回风巷地质条件见表1。

工作面回风巷超前支护采用四连杆支撑掩护式ZQL2×5000/21/40型巷道超前支架进行支护，支护距离为42．6 m，支护强度为 0．27 MPa，底板比压1.55 MPa。

表1 207工作面回风巷煤层顶底板情况一览表

在207工作面回采中，对回风巷进行巷道变形、顶板压力进行观测及监测，总结其分布及变化规律，掌握回采对回风巷顶板来压的影响。超前工作面400 m，在207回风巷九联巷向前70 m每隔20 m布置一个测站监测顶板压力，共布置测站6个，测站布置见图1，各观测点位置见图2。巷道顶板中部及左右两帮角施工Ф22 mm～2 800 mm螺纹钢锚杆，安装锚杆应力计，预紧力20 kN，测量顶板压力变化情况。锚杆应力计间隔2 h自动记录一组数据。在布置锚杆应力测点的同时，另选两个点进行顶底板位移观测，分析顶底板移近量的变化规律。

图2 测点布置示意图

2 回风巷超前压力显现分析

2．1 回风巷整体压力分布分析

根据锚杆应力变化分析顶板应力随工作面推进的变化情况。由于传感器布置及回风巷超前设备布置条件的影响，第一组进入超前支护范围的传感器在进入超前支护范围初期已经损坏，该组传感器数据没有参考价值，在分析中仅剩余5组数据见图3。图中各图为各个测站锚杆应力随采点与机尾相对位置变化图。图中数据有缺失或明显跳跃式变化系传感器进入超前支护范围后破损及支架支护顶板的人为扰动所致。

图3 各测站锚杆应力随采点与机尾相对位置变化图

从图3可以看出，各组锚杆应力基本都是在超前100 m左右开始出现明显变化，说明回风巷顶板压力在超前100 m左右开始显现。

图中各处主帮、副帮、中部数据没有明显差异，说明在顶锚杆支护范围内(2．8 m)，顶板在巷道断面内的顶板压力分布差异性较小。

在距离工作面500～100 m范围内，锚杆应力值缓慢变化，说明巷道在此范围处于应力平衡状态，此阶段及时处理了回风巷钻场打钻出水，施工未对巷道围岩应力产生扰动。

2．2 超前压力影响范围内，顶板压力的变化规律

11月6～8日，采点3244处距离工作面40 m时，工作面停产检修2天。工作面停止推进，对超前压力影响范围内的各测点都产生了影响，尤其是在40 m、60 m、120 m处比较明显。此时，超前工作面40 m、100 m工作面侧有一个抽放钻场，超前工作面60 m、80 m、120 m的位置，处在各自相应位置瓦斯抽放钻场15 m范围内。说明抽放钻场断面积增大，压力显现可能会更加明显，而钻场对顶板压力显现的影响并非决定性的，可能还受到顶底板条件和钻场积水等条件的影响。

工作面周期来压步距为18～28 m，且由于工作面支架选型支护阻力较大，周期来压期间工作面压力显现不是特别明显，随工作面推进锚杆应力变化的趋势线未出现周期性波动，说明工作面周期来压与巷道超前压力分布没有明显的线性关系。

剔除扰动影响的数据，由图4中可知:锚杆应力在超前工作面100 m左右开始有明显变化;30～60 m范围锚杆应力变化最为剧烈;30 m范围至机尾逐渐趋于平缓，但是此段应力值最大。说明顶板应力在超前30～60 m范围内变化最为剧烈，在超前30 m范围内顶板压力显现最为明显。

图4 各测站锚杆应力随采点与机尾相对位置变化图

3 巷道积水对超前压力显现影响分析

3．1 工作面回风巷过水仓超前高度变化分析

在207工作面过回风巷十联巷时，十联巷向外15 m布置有一处钻场内设有水仓，在此处选取两个点进行顶底板位移观测，分析顶底板移近量的变化规律，现场实测数据见表2。由于人为扰动对底板的影响，表中的数据有一定的误差。

由表2可知:207工作面回风巷超前100 m外，高度大致在3．5 m左右;回风超前100～50 m位置，巷道高度下降0．5 m;50～35 m位置巷道高度下降0．5 m;35～20 m位置下降0．5 m;20 m至工作面回风口下降0．5 m以上。巷道高度从超前30 m处开始已不能满足超前支架移架需要(2．3 m)。主帮侧与副帮侧布置的钻场，对巷道顶底板移近量的变化没有明显影响。

巷道底板在超前15 m范围内最为严重。

工作面推进14 m后实测数据见表3。由表3可知:推采14 m后，207工作面回风超前80 m外，高度大致在3．5 m;回风超前80～50 m位置，巷道高度下降0．5 m;50～30 m位置巷道高度下降0．5 m;30～10 m位置下降0．5 m;10 m至工作面回风口高度基本没有变化。巷道高度从超前外27 m位置开始已不能满足超前支架移架需要(2．3 m)。主帮侧与副帮侧布置的钻场，对巷道顶底板移近量的变化没有明显影响。巷道底板在超前10 m范围内最为严重。

首次实测数据时，工作面回风口有一处水仓，在回采至此处前水仓一直使用，且路面经常积水严重。工作面推进到水仓位置时，超前50 m范围巷道高度变化为0．5 m/15 m。工作面继续推进14 m后，超前50 m范围巷道高度变化为0．5 m/20 m。底板受水仓水浸蚀较为严重。

表2 207工作面回风超前巷道高度统计表

图5中对比的是推采14 m前后，超前范围内各固定位置高度的变化。由图5可知，工作面推采至水仓位置，继续向前推进14 m后，超前范围内巷道高度除推采后超前10 m范围巷道高度有小幅降低，向外范围巷道高度基本没有变化。

由图6可知，工作面继续向前推进14 m后，超前40 m范围内巷道高度相对有小幅降低，向外范围巷道高度基本没有变化。

表3 207工作面回风超前巷道高度统计表(推进14 m后)

图5 207工作面回风超前定点(推进14 m前后)高度对比图

图6 207工作面回风超前范围(推进14 m前后)高度对比图

通过上述分析可知，工作面推采过程中，十联巷前采面侧水仓对巷道顶底板有一定影响，超前顶底板移近加速，且超前10 m范围内高度相差0．2 m左右。

3．2 抽放钻孔施工排水对巷道压力显现的影响

207工作面回风巷推采过开切眼至回风十联巷段，回风巷补打抽放钻孔施工打钻水未能及时抽排，巷道底板长期积水。207工作面推采过回风十一联巷(布置有大水仓)时，超前外布置2台抽放钻机，打钻施工超前工作面50～100 m，工作面推采过受打钻水影响的范围需要8～10天，回风超前压力显现，工作面回风口高度2．7 m左右，未对回采推进产生影响。

207工作面推采过回风十一联巷后，207回风巷布置5台抽放钻孔施工钻机，开始时，最前一台钻机超前工作面300 m左右，直至目前打钻施工超前工作面500 m左右。工作面推采过目前打钻影响区域需要40～60天，9月上旬，工作面开始推采至打钻水影响时间较长的位置，工作面回风超前高度，工作面回风口高度无法满足生产需要。

207工作面推采过十联巷以后，加强了207回风巷抽排水工作，有效控制了底板积水问题，巷道围岩变形明显减弱，尤其巷道底板变形得到有效控制。

4 结论

(1)回风巷顶板压力在超前100 m左右开始显现，在超前30～60 m范围内变化最为剧烈，在超前30 m范围内顶板压力显现最为明显。顶板在巷道断面内的顶板压力分布差异性较小。抽放钻场位置，断面积增大，压力显现可能会更加明显，而钻场对顶板压力显现的影响并非决定性的。工作面周期来压对超前压力显现没有明显影响。

(2)锚杆应力最大值不大于200 kN，且原始支护的锚杆大部分完好，说明目前使用的锚杆能够基本满足支护要求。进入超前支护范围后，锚杆应力值受人为扰动明显，说明目前的超前支护装置能够抵御顶板浅层的离层，有效支撑顶板，能够满足支护需要。

(3)底板在受水长期浸蚀情况下，巷道压力显现更加明显，变形更加剧烈。