特厚煤层综放工作面撤架通道矿压特征分析

翟振宇

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿，山西 兴县 033602）

现掘撤架通道技术是一种常用的综采工作面搬家方法，其存在作业空间不安全、工作面搬家倒面时间过长的问题。为提高施工安全性及效率，一些矿井开始尝试使用预掘撤架通道方法，由于预掘撤架通道提前掘进，可以与采煤平行作业，大幅度地缩短了搬家时间，并且支护质量好，保证了通道空间的安全稳定[1-3]。

目前国内外学者对预掘撤架通道技术进行了大量研究： 张国祥等人对大采高综采工作面搬家技术进行了研究，提出采用单通道撤架工艺，并对支护参数进行了分析； 赵军等人采用数值模拟方法对工作面与撤架通道不同距离下围岩变形特征进行了研究； 张金虎等人对末采期间顶板来压特征及支架合理支护阻力进行了研究，对撤架通道支护方式进行了优化[4-6]。

由于特厚煤层工作面顶煤厚度大，预掘撤架通道受工作面回采超前支承压力影响，易发生顶板事故。本文以斜沟煤矿23101 工作面为工程实例，拟通过对特厚煤层预掘撤架通道采动应力场分析，为合理选择支护方式奠定基础。

1 工作面概况

斜沟煤矿23101 工作面平均埋深为325 m。工作面开采煤层为13#煤，煤层平均厚度14.08 m，煤层柱状图如图1 所示。工作面以西为采区回风上山，东面为23103 工作面（未回采）。根据23101工作面设备参数，工作面撤架通道设计宽度为4.9 m，高度为3.0 m。

图1 工作面顶底板柱状图

2 数值模拟分析

回采工作面的超前支承压力是影响撤架通道稳定性的关键因素，因此选择采用数值模拟方法分析撤架通道的力学状态演化过程。考虑工作面回采超前支承压力传递状况，设定工作面总回采长度为85 m，因此模型尺寸为660 m×200 m，按现场实际，设定23101 预掘撤架通道宽4.9 m，高3.0 m，模型底板固定y 方向移动，两侧固定x 方向移动，模型如图2 所示。

图2 模型及柱状图

为了研究工作面回采对预掘撤架通道产生的影响，模拟工作面以10 m/d 的速度向前推进，采高为3.5 m，放煤高度为10.5 m，采放比为1:3。工作面在靠近撤架通道时煤柱应力分布变化曲线如图3 所示，模拟两者相距距离分别是45 m、35 m、25 m、15 m、10 m 和5 m。

图3 煤柱应力分布

1）煤柱应力分析。通过对撤架通道和回采工面距离不同时，两者间煤柱中应力的分布状态分析可以看出，当两者距离大于35 m 时，回采工作面超前支承压力对撤架通道围岩基本无影响。当距离小于35 m 时，回采工作面超前支承压力开始显著影响撤架通道侧应力分布，撤架通道侧应力集中程度要高于回采工作面超前煤壁侧，伴随着应力集中程度的不断增加，撤架通道的变形状况也将出现不同程度的增加。

2）煤柱屈服状态分析。回采工作面同撤架通道距离为35 m、25 m、15 m、10 m、5 m 和0 m 时煤柱的屈服状况如图4 所示。

图4 煤柱屈服状态

通过对回采工作面推进过程中煤柱的屈服状态分析，可以看出，当回采工作面距离撤架通道10 m 范围时，煤柱的屈服范围不断地扩大，并且在靠近顶板的位置，煤体发生了连续的屈服区，直至两者相距5 m 时煤柱发生了全部屈服。为了防止煤柱的突然失稳导致撤架通道顶板以及工作面顶板出现压力激增状况，在煤柱为10 m 时，应对煤柱进行注浆加固措施，提高煤柱的整体稳定性，并且当撤架通道压力显现时，应该对撤架通道进行加强支护。

3 矿压监测分析

根据上述应力特征分析，在撤架通道掘进完成后，对工作面末采期间撤架通道矿压显现情况进行了监测，监测点共有2 个，其中1#测点布置在机头侧，2#测点布置在机尾侧。工作面末采期间撤架通道围岩变形如图5 所示。

图5 回采期间撤架通道围岩曲线

从图中可以看出，在机头侧，当工作面机头距离回撤通道49 m 时，围岩的变形量开始显著增加；工作面机头距离回撤通道为22 m 时，撤架通道巷帮变形量达到最大，为375 mm，顶板最大下沉量为100 mm，底板最大变形量为362 mm，煤柱帮的最大变形量为187 mm，巷道主要变形为底鼓。在机尾侧，当工作面距离回撤通道41 m 时，围岩的变形量开始显著增加；工作面距离回撤通道12 m 时，巷道的变形量达到最大，巷道顶板、底板、煤柱帮和工作面帮的位移量分别为93 mm、163 mm、209 mm 和267 mm。

矿压监测结果表明，在工作面超前支承压力影响下，撤架通道围岩变形主要集中在两帮与底板，但变形量基本在可控范围内，通过采煤机的截割，可保证撤架通道的正常使用。

4 结语

以斜沟煤矿23101 工作面为工程实例，采用数值模拟、现场监测方法，对特厚煤层综放工作面撤架通道矿压显现特征进行了分析探讨，认为在工作面超前支承压力影响下，当撤架通道与工作面距离小于35 m 时，回采工作面超前支承压力开始显著影响撤架通道侧，撤架通道侧应力集中程度要高于回采工作面超前煤壁侧； 当撤架通道与工作面距离为10 m 时，煤柱的屈服范围开始扩大，并且在靠近顶板的位置，煤体发生了连续的屈服区； 当撤架通道与工作面距离为5 m 时煤柱完全处于屈服状态。矿压监测表明，在工作面超前支承压力影响下，撤架通道围岩变形主要集中在两帮与底板，但变形量基本在可控范围内，通过采煤机的截割，可保证撤架通道的正常使用。