海域軟巖動壓條件下大巷的卸壓保護技術(shù)

【摘 要】針對海域“三軟”地層采動影響范圍大的特點，提出了軟巖動壓條件下大巷的卸壓保護和控制巷道有害變形區(qū)的理念，探索了軟巖超前動壓作用下大巷的卸壓保護機理，確定卸壓巷與被保護巷道之間卸壓煤柱的合理寬度參數(shù)。通過實踐，采用卸壓巷卸壓方式維護主要大巷，有效減輕了采動引起的支承壓力危害。

【關(guān)鍵詞】軟巖采場；超前動壓；大巷卸壓保護；消弱采場支承壓力

龍口礦區(qū)北皂煤礦，煤系地層巖性差，賦存條件十分復雜，是國內(nèi)典型的軟巖礦井，巷道圍巖控制工作比一般軟巖礦井困難。長期實踐表明，軟巖地質(zhì)條件下、尤其是海域下煤層開采，支承壓力傳播距離長、采動影響范圍廣，水平大巷、硐室和采區(qū)上下山不可避免地處于回采工作面形成的支承壓力附近，使巷道圍巖遭受不同程度支承壓力的作用。采動影響致使大巷被破壞無法正常使用的事例較多，軟巖動壓條件下巷道圍巖控制技術(shù)是礦井生產(chǎn)中的重大問題。

一、“三軟”地層開采支承壓力帶參數(shù)及其特征

（一） 軟巖采場支承壓力帶參數(shù)

軟巖地質(zhì)條件下開采，在時間與空間上，支承壓力及其顯現(xiàn)的變化情況是十分復雜的。二十多年的生產(chǎn)實踐及礦壓測試表明，支承壓力帶參數(shù)在不同的采區(qū)、不同的采深和不同的地質(zhì)構(gòu)造條件下的變化范圍很大，陸地開采超前支承壓力分布一般為80～200m，在海域開采過程中，采場支承壓力波及的范圍遠遠超出了陸地支承壓力波及的范圍，海域下開采支承壓力分布范圍為550m以上，超前動壓明顯顯現(xiàn)范圍為230m，采動影響使水平大巷及其周邊巷道的維護工作十分困難。

（二） 海域超前支承壓力分布一般特征

根據(jù)海域回采工作面超前支承壓力對巷道圍巖的影響變化特征，將采動影響范圍內(nèi)的超前支承壓力一般可劃為支承壓力漸增區(qū)A、支承壓力明顯升高區(qū)B、支承壓力顯著升高區(qū)C和支承壓力強烈升高區(qū)D四部分組成。

在動壓區(qū)內(nèi)，支承壓力的強度、分布特征和各區(qū)的寬度等都是變化的，其變化速度也是不穩(wěn)定的。北皂海域下開采，超前支承壓力分布的一般特征是：

超前工作面550～230m為超前支承壓力漸增區(qū)A，漸增區(qū)內(nèi)支承壓力升高變化幅度不大，正常地質(zhì)、支護條件下，巷道圍巖變化是緩慢漸變的過程，巷道圍巖變化速率增量不大，當受構(gòu)造影響區(qū)域或支護相對薄弱的時，漸增區(qū)內(nèi)支承壓力顯現(xiàn)較為明顯。

超前工作面230～120m為支承壓力明顯升高區(qū)B，明顯升高區(qū)內(nèi)支承壓力升高變化較為明顯，巷道圍巖變化量與圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巷道支護、與工作面之間的距離、采動影響時間和環(huán)境等因素有關(guān)。

超前工作面120～30m為支承壓力顯著升高區(qū)C，由于支承壓力顯著升高，要使巷道滿足正常生產(chǎn)的需要，該區(qū)內(nèi)是必須進行加強支護的范圍。

超前工作面30～0m為支承壓力強烈升高區(qū)D，該區(qū)是煤體及頂板巖層產(chǎn)生塑性變形的范圍。

二、 大巷保護原則

針對軟巖采動影響范圍廣的情況，為了提高煤炭資源采出率、解決合理布置巷道的一些實際問題，合理的進行超前支承壓力控制，可將由采動影響引起的巷道圍巖變形程度化分為有害變形區(qū)和危險變形區(qū)。有害變形區(qū)定義為巷道圍巖變形量小于其允許極限值或巷道變形未影響巷道使用的區(qū)間范圍，危險變形區(qū)定義為巷道圍巖變形量大于其允許極限值或因巷道變形嚴重影響巷道使用的區(qū)間范圍。

軟巖地質(zhì)條件下開采，支承壓力控制的目的，是將巷道變形控制在有害變形區(qū)以內(nèi)，在控制有害變形區(qū)向危險變形區(qū)轉(zhuǎn)化的前提下，取得最大的經(jīng)濟效益。北皂煤礦一般將水平大巷、硐室和采區(qū)上下山保護煤巖柱留設(shè)在支承壓力明顯升高區(qū)以外。

三、大巷卸壓保護機理及卸壓煤柱的合理參數(shù)

（一）大巷卸壓保護機理

將大巷、硐室保護煤巖柱留設(shè)在支承壓力明顯升高區(qū)以內(nèi)，在大巷靠近工作面一側(cè)的煤柱中與大巷間隔一定距離掘一條卸壓巷道，將原來一個較大的煤柱分為一窄一寬兩個煤柱。理想條件下，由于卸壓巷的存在，使支承壓力集中遠離大巷，主要作用在寬煤柱（支承煤柱LK）上，而僅有很少一部分作用在靠近大巷周邊的窄煤柱（卸壓煤柱LZ）上。

利用卸壓巷的大變形吸收采場超前支承壓力在圍巖中傳播的部分能量，使大巷處于超前支承壓力降低區(qū)，同時寬煤柱在支承壓力作用下產(chǎn)生的大量變形也可被卸壓巷道的空間吸收。從而，使大巷受到保護而不至于產(chǎn)生大量變形，消弱采動支承壓力對保護巷道的采動影響，將大巷在動壓作用下產(chǎn)生的圍巖變形控制在有害變形區(qū)以內(nèi)，控制有害變形區(qū)向危險變形區(qū)轉(zhuǎn)化，確保大巷在采動影響期間的變形量不超過巷道支架的可縮量。

（二）“三軟”地層卸壓煤柱的合理參數(shù)

要取得理想的卸壓效果，關(guān)鍵在于合理選取讓壓煤柱的寬度LZ及支承煤柱的寬度LK兩個基本參數(shù)。

1、卸壓煤柱的寬度LZ

為防止卸壓巷和大巷圍巖的失穩(wěn)相互擾動、相互影響，卸壓煤柱的寬度LZ必須大于兩巷道圍巖產(chǎn)生塑性變形的寬度L1與L2之和，煤柱中央要保持一定的承載寬度L3， 并要有一定的安全系數(shù)。

如果卸壓煤柱的寬度LZ

“三軟”地層條件下，巷道圍巖淺部破壞劇烈、深部松動破壞范圍廣。巷道開掘后，在巷道圍巖中產(chǎn)生一個流變塑性變形區(qū)，它的范圍和變形程度隨時間推移而改變。塑性破裂區(qū)是圍巖變形的主要部分，也是影響巷道穩(wěn)定性的主要因素。工程實踐表明：圍巖松動破壞范圍對巷道支護有重大影響，松動破壞范圍越大，碎脹變形越大，作用在支護體上的力越大，巷道支護越困難。

根據(jù)北皂煤礦巷道深部圍巖移動監(jiān)測，巷道產(chǎn)生有害變形的條件下，巷道周邊以外7～10m內(nèi)松動變形量為單側(cè)圍巖松動變形總量的19%左右，10m以外松動變形量為單側(cè)圍巖松動變形總量的7%以上。因此，可以確定大變形條件下，軟巖巷道圍巖產(chǎn)生塑性變形的寬度L1在10m以上。

根據(jù)北皂海域巷道深部圍巖移動測試，卸壓巷在充分變形條件下，巷道圍巖產(chǎn)生塑性變形的寬度L2可在16m以上。

正常地質(zhì)條件下，讓壓煤柱中央承載區(qū)的寬度L3不應少于4m。

取安全系數(shù)K=1.4

故，讓壓煤柱的寬度LZ≥（ L1+ L2+ L3）×1.4=42m

即，北皂煤礦海域“三軟”地層條件下，卸壓巷與被保護巷道之間讓壓煤柱的寬度應大于42m。

2、 支承煤柱的寬度LK

海域軟巖地質(zhì)條件下開采，支承壓力傳播距離長、采動影響范圍廣。正常條件下，支承煤柱的寬度LK應大于支承壓力顯著升高區(qū)120m的范圍。受構(gòu)造影響條件下，支承煤柱的寬度LK應大于150m。

四、動壓條件下大巷的卸壓保護效果

H2106工作面為海域第三個回采工作面，工作面停采線前方的-350軌道大巷、-350皮帶大巷和-350回風巷均為穿層巷道，三條大巷平行布置。350回風巷以U36棚噴支護為主，-350皮帶巷以U36壁后澆支護和料石砌碹支護為主，-350軌道大巷以U36壁后澆支護、料石砌碹支護和U36棚澆混凝土支護為主。

在確定H2106面停采線與大巷保護煤柱期間，預測了不同煤柱寬度條件下-350水平三條大巷可能產(chǎn)生的變形量，考慮了-350水平三條大巷的不同用途、允許變形量和提高煤炭資源回收率的問題，確定利用-350回風巷作為-350皮帶大巷和-350軌道大巷的卸壓巷道，將H2106工作面停采線布置在距-350回風巷150m位置，。

三條大巷在H2106面采動影響條件下的圍巖變形及破壞長度比較表見下表：

從表中實測數(shù)據(jù)與大巷的宏觀顯現(xiàn)可以明顯得出，在H2106面超前動壓作用區(qū)域內(nèi)，利用-350回風巷變形卸壓，實現(xiàn)了對-350水平主要大巷的保護。

五、 結(jié)論

⑴ 北皂煤礦實踐表明，“三軟”地層采動影響范圍廣的條件下，采用卸壓巷卸壓維護大巷，主動減輕或避免采動引起的支承壓力的危害，是軟巖動壓影響條件下巷道圍巖控制的主要措施，是確保巷道維護良好的一個重要對策。

⑵實測研究表明，北皂煤礦海域“三軟”地層條件下開采，卸壓巷與被保護巷道之間讓壓煤柱的寬度應大于42m。

⑶在超前動壓作用區(qū)域內(nèi)，利用-350回風巷卸壓，實現(xiàn)了對-350水平主要大巷的卸壓保護，確保了礦井正常生產(chǎn)，經(jīng)濟和社會效益顯著。