采动影响巷道变形的研究及注浆时机的分析

申帅帅

（山西晋煤集团赵庄煤业， 山西 晋城 048006）

引言

对于一般条件下的采煤工作面而言，其超前支承压力明显大于采空区支承压力，回采巷道的变形破坏主要受到工作面超前支承压力的影响，然而通过现场实测和分析发现，对于大采高工作面而言，其采空区支承压力明显高于超前支承压力，工作面后方留巷变形严重，变形多以底鼓方式呈现，留巷变形范围大，巷道支护困难[1]。晋煤集团赵庄煤业现阶段主要进行厚煤层开采，由于工作面长、采高大造成留巷变形严重、支护困难、难以保证正常复用。以赵庄煤业5310大采高工作面为例，简述采动影响巷道变形破坏规律及注浆支护建议，具有一定的借鉴意义。

1 现场概况

赵庄矿5310工作面井下位于五盘区中部，5306放顶煤工作面以西，五盘区大巷以北。大采高工作面东西两边均为实体煤，北部与王坡矿3212工作面相邻 。 南 临 5106、5102、5103、5104 巷 ，5106、5102、5103、5104巷已掘进至设计位置，北至赵庄矿矿界。工作面走向长2 559.66 m，工作面倾斜长251 m；煤层平均厚度5.75 m；煤层倾角为2°～12°。5310大采高工作面共布置五条顺槽，工作面西部布置三条顺槽，分别为53105、53102、53104巷；东部两条顺槽为 53101、53103 巷；53101、53105 为辅助运输巷，53105巷兼做电气列车巷，53103巷为皮带巷；53101、53103、53105 三巷为进风顺槽，53102、53104两巷为回风顺槽，工作面尾部开凿一条切眼和通风联络巷；五条巷道除53103、53104巷沿煤层底板掘进外，其他三条巷道沿煤层顶板掘进。5310工作面布置如图1所示。

图1 赵庄矿5310工作面布置简图

目前工作面后方留巷顶底板变形严重，多处发生漏矸、底鼓现象，顶、底板围岩变形大，巷道支护困难。因此非常有必要对超前支护段支承压力的分布情况进行研究，确定重点注浆区域，保证工作面正常回采。

2 变形的研究

为了能够更清楚地分析大采高工作面超前支承压力的分布情况，在工作面前方主撤巷道中布置巷道表面位移监测断面，记录工作面推近主撤巷道不同距离时巷道表面位移变化情况，如图2所示。

图2 主撤巷道表面位移变化曲线

由图2可以看出，当工作面推进至距主撤巷道50 m左右时，巷道顶底板及两帮移近量均开始有小幅度的变化，随着工作面继续向前推进，变化量缓慢增大，直至工作面推进至距主撤巷道20 m左右时，主撤巷道顶底板及两帮移近量明显增大，顶底板移近量最大值约700 mm，两帮移近量最大值约420 mm。该现象表明：工作面超前支承压力的影响范围约为50 m，剧烈影响范围约为20 m，其中在12 m位置达到峰值。

同时，为了能够更清楚地分析大采高工作面采空区支承压力的分布情况，在43012巷内布置巷道表面位移测站观测工作面后方巷道变形情况，如图3所示。

图3 43012巷变形观测曲线

3 注浆时机的分析

3.1 变形破坏规律

通过分析大采高工作面支承压力的分布特征可以发现，工作面超前支承压力的影响范围约为工作面前方50 m，采空区支承压力的影响范围约为工作面后方400 m；工作面前方巷道在超前支承压力影响下，巷道顶底板移近量最大值约为700 mm，速度最大值约为21 mm/d，而工作面后方巷道在采空区支承压力的影响下，巷道顶底板移近量最大值约为2 200 mm，速度最大值约为75 mm/d，因此，综合分析可将大采高工作面回采巷道变形破坏规律大致总结如图4所示。

图4 大采高工作面回采巷道变形分区特征

由图4可以看出，根据大采高工作面回采巷道的变形规律，可以将其变形情况大致分为初始变形区、剧烈变形区、趋于稳定区、稳定区四个区段[2]。

1）初始变形区：工作面后方80 m至工作面前方50 m。其中工作面前方50 m范围内巷道主要受到工作面超前支承压力的影响，虽然也可进一步划分为应力增高区和应力降低区，但是其变形速度远小于工作面后方巷道的变形速度；工作面后方80 m范围内巷道变形速度不大，基本与工作面前方50 m范围内的巷道变形速度持平。该范围巷道围岩内部裂隙不发育，贯通性差。

2）剧烈变形区：工作面后方80～300 m。该范围内巷道变形速度急剧增大，达到峰值后又缓慢减小，变形速度大、范围大是造成巷道在工作面后方变形严重的主要原因。该范围巷道围岩破坏严重，裂隙极其发育、开度大、贯通性好，极适于浆液流通，但同时也会由于围岩破碎严重造成明显的漏浆现象。

3）趋于稳定区：工作面后方300～400 m。该范围内巷道变形速度已经明显减小，且速度曲线明显变缓，巷道逐渐趋于稳定。

4）稳定区：工作面后方400 m以后。该范围内采空区上覆岩层运动基本稳定，巷道表面位移基本不再变化。

3.2 注浆时段

根据工作面回采巷道变形规律及浆液渗流特性，可以大致将其分为四个注浆时段，如图5所示。

图5 大采高工作面回采巷道注浆加固时机

1）注浆第一时段。第一时段在巷道初始变形区之前，这一阶段基本不受采动影响，加上原有支护的作用，巷道变形量较小，围岩内部裂隙不发育，贯通性差，因此注浆量较小，在这一注浆时段进行注浆，虽然对控制初始变形区巷道变形量有一定作用，但是对于复用巷道而言，考虑到后期剧烈变形区过后围岩发生更严重的破坏，是不经济的[3]。根据以往注浆治理经验，这一阶段巷道两帮注浆浆料1.4 t/m左右。

2）注浆第二时段。第二时段位于初始变形区，即工作面后方80 m到工作面前方50 m范围，这一阶段受到工作面采动影响，巷道有一定程度的变形，围岩内部裂隙较为发育，但是巷道变形并不剧烈，围岩破坏不深，锚杆、锚索大部分完好，整体承载性能并未失去。在这一阶段进行注浆，注浆压力适中，注浆量大，使浅部破碎煤体胶结形成再承载层，阻止破坏进一步向深部扩展，可以有效降低剧烈变形区域围岩破坏程度，减小后期巷道翻修工程量。因此，在这一时段进行注浆加固是经济合理的。

3）注浆第三时段。第三注浆时段位于剧烈变形区，即工作面后方80 m到工作面后方300 m范围内，这一阶段经受多次周期来压影响，是巷道变形的主要区域，如果未采取提前加固措施，锚杆、锚索大部分破断，失去承载性能，两帮、底板鼓出严重，顶板也有一定的下沉，围岩极为破碎，内部离层、裂隙极为发育。在这一阶段进行注浆，注浆压力小，注浆量极大，漏浆严重，伴随有片帮和煤帮整体鼓出。因此，在这一阶段，会消耗大量的注浆材料，围岩承载能力基本消耗殆尽，并且大部分锚杆、锚索需要重新打设，不仅注浆效果不好，而且极不经济。

4）注浆第四时段。第四时段位于趋于稳定区和稳定区之间，即工作面后方300m到工作面后方400m之间，该时段内围岩采动影响已经基本结束，围岩变形趋于稳定，在该时段注浆，注浆量较大，有利于提高巷道承受二次采动影响的能力，但是单一只对这一区域注浆作用与注浆第一时段类似，意义不大，必须与第二注浆时段相配合，并进行锚索补强，可以有效减轻稳定期内巷道围岩长期蠕变的影响。

4 现场效果

采动影响巷道注浆加固前后的变形曲线对比如图6所示。

图6 采动影响巷道注浆加固前后变形规律曲线

由图6可以看出，巷道在初始变形区的后段进行了一次注浆之后，产生最明显的效果是巷道的剧烈变形区范围明显减小，变形程度也有所降低；巷道在变形稳定区和趋于稳定区之间经过了二次注浆之后，在经历二次采动影响时，变形程度和范围都明显减小，说明注浆加固对控制采动影响巷道的变形起到了较好的效果，且选取注浆时机较为合理。

5 结论

对于复用巷道而言，最理想的注浆加固时机可以确定为两个：一次注浆是在巷道初始变形区的后部，在巷道围岩产生初期变形时，利用注浆加固的方式，提高岩体的整体稳定性和承载能力，避免采动作用造成围岩完全破坏，以承受下一阶段的剧烈变形影响，在该阶段最好配合巷帮、顶板，以及底板锚杆和锚索补强；二次注浆是在巷道变形稳定区和趋于稳定区之间，此时巷道经过了一次注浆加固和剧烈变形区影响，围岩在高应力作用下产生剧烈破坏变形，此次注浆的目的在于提高围岩承载能力，以抵抗二次采动影响。