回采工作面采空側(cè)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

明麗萍

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責任公司， 山西 昔陽 045300）

引言

在目前井工煤礦的生產(chǎn)過程中，回采工作面兩巷的礦壓和支護一直是影響工作面回采效率和工作強度的重要因素。尤其是巷道處于已采工作面的采空側(cè)區(qū)域范圍內(nèi)時，這兩個因素對回采工作的制約現(xiàn)象就表現(xiàn)的尤其突出。針對上述情況，煤礦實際生產(chǎn)中通常的應對措施為增大煤柱寬度、擴大巷道斷面預留巷道收縮空間以及加強回采時的超前支護。但較大的煤柱尺寸和大斷面巷道勢必造成成本提高和生產(chǎn)過程中的管理難度。確定一個合理的斷面和支護形式，既能滿足回采工作需要又不過度增加掘進和支護成本尤為重要。

通過在回采工作面的順槽中設置礦壓測點，在工作面回采過程中長期連續(xù)的進行巷道變形量的測量，經(jīng)過較長時間的實際觀察資料收集，然后對記錄數(shù)據(jù)歸納推理對回采工作面采空側(cè)巷道的變形進行分析，不但對單點的變形過程進行了描述，同時對不同測點進行縱向比較，總結(jié)了采動巷道的變形幅度和范圍。最后利用得出的初步規(guī)律在下一個工作面進行驗證和修正，以找出具有實際指導意義的礦壓規(guī)律。

1 設置礦壓觀測點

為了確定工作面采動期間巷道內(nèi)超前支承壓力的準確影響范圍，在15201工作面初采前確定在工作面順槽中設觀測點做巷道變形跟蹤記錄。本次實驗著重觀測工作面采空側(cè)巷道的變形情況，所以測點設在工作面進風順槽中。在工作面進風順槽中每20 m設一個觀測點并從工作面向外依次編號1、2、3…，測點覆蓋長度400 m。在記錄巷道的變形量時取巷幫中部位置為基準點，測量數(shù)據(jù)分為頂板下沉量c，巷道底板底鼓量d，巷道寬度變化量b三個數(shù)據(jù)以及測點距工作面距離l。同期要記錄巷道的超前支護距離和支護密度。觀測頻率為每三天一次或每5 m一次。

本次設站的回采工作面概況：進行礦壓觀測的回采工作面位為陽煤五礦五林井四采區(qū)，工作面傾向長120 m，走向長600 m，回采15號煤，煤厚平均5.5 m。工作面進風順槽為采空側(cè)巷道，回風順槽在實體煤中掘進。進風順槽頂板采用錨索、巷幫采用錨桿金屬網(wǎng)聯(lián)合支護，錨索規(guī)格：Φ21.6 mm×5.2 m，進度錨索長度5.0 m，加強錨索長度8.0 m。初采時間為2012年4月。相鄰的15203工作面（工作面進風側(cè)）初采時間為2008年5月，間隔時間47個月。兩工作面之間煤柱寬度20.0 m。

2 數(shù)據(jù)收集

每次收集數(shù)據(jù)后按日期列表記錄。在工作面初采前記錄第一次記錄數(shù)據(jù)，此時巷道未受采動影響，作為原始數(shù)據(jù)。后期隨工作面回采推進逐段記錄數(shù)據(jù)。后期數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)比較得出巷道變化量。結(jié)合工作面推進速度、記錄間隔時間計算變化強度（變化速度）。記錄表樣如表1、表2所示。

表1 2012年4月10日數(shù)據(jù)記錄 m

表1記錄時間為2012年4月10日，由于此時工作面未到初次垮落間距且巷道變形量不大，故將表1作為原始數(shù)據(jù)。

下頁表2記錄時間為2012年4月19日。表1表2為記錄表樣限于篇幅其余表格不逐一列出。

表2 2012年4月19日數(shù)據(jù)記錄 m

后期數(shù)據(jù)提取時表格中的b、c、d分別記為ncm格式，代數(shù)中n代表測點號，m代表表格序列號。例如：8c9表示8號測點在第9表格中的數(shù)值。

3 變形分析

3.1 工作面推進過程中的距離曲線圖

在實際數(shù)值提取中，初采前的數(shù)值以及測點距離工作面超過一定距離后巷道斷面數(shù)值可作為斷面的原始參數(shù)，隨著工作面向前推進參數(shù)數(shù)值的變化，當工作面推進至測點位置時巷道的變形達到最大，此時測出的數(shù)值和原始數(shù)值比較即是工作面巷道在采動影響下的最大變化量（頂板下沉）。

Δncmax=ncx-ncy，ncx為n號測點第一次測量值，ncy為n號測點最后一次（即工作面推進至該位置時）測量值，兩者之差為該處巷道在采動影響下的最大變形量。

如圖1、圖2所示為本次礦壓觀測中7號點和10點的頂板下沉量曲線圖，橫坐標表示測點到工作面距離，縱坐標表示頂?shù)装遄兓俊?/p>

圖1 7號點巷道位移量曲線圖

圖2 10號點巷道位移量曲線圖

相鄰兩次數(shù)值之差即巷道變形量，每個測點逐次變形的累積即該處巷道受到采動影響后變形總量；把不同測點的變形量反應出不同地段在采動影響下巷道的影響幅度。

3.2 根據(jù)測點不同時期的變化量和記錄間隔時間比較形成的變化量速率曲線圖

由于工作面超前支承應力基本固定在工作面前方的一個區(qū)域，所以遠距離巷道的變形量很小，可視為不受影響。在實際觀測中得出，巷道斷面的較大變形基本集中在一個區(qū)域之內(nèi)。這個區(qū)域也就是工作面前方的煤壁超前支承應力作用區(qū)，需要重點加強支護。

根據(jù)相鄰兩次記錄時數(shù)據(jù)的變化量，相對于間隔時間作比較可算出巷道變形速度，即采動影響程度。

如圖3、圖4所示為7號點和10號點巷道變形速率圖。曲線的梯度反應了巷道變形劇烈程度。相對于位移曲線圖，該曲線重點反映巷道變形和時間的關系。圖中曲線選取的時間段為測點處有明顯變化到工作面推進至測點處的這一段。不同地點的兩支曲線形狀有所區(qū)別，但從形態(tài)上比較可看出每個測點的變形幅度劇烈段都集中在一個區(qū)域內(nèi)，從開始變形到達到活躍期以及劇烈期到衰減點雖然是一個過程，但經(jīng)歷時間都較短。

圖3 7號點變化量速度曲線圖

圖4 10號點變化量速度曲線圖

在速度曲線圖中，高峰值均發(fā)生在距離工作面30 m左右的區(qū)域內(nèi)，后期下降的端點為測點到達回采工作面的日期。

在15201工作面的實際生產(chǎn)中，4—8月份的推進速度基本穩(wěn)定保持在每月80 m左右，工作面進風順槽的超前支護根據(jù)工作面的具體礦壓顯現(xiàn)保證了40～50 m的長度。

4 結(jié)論

在上述的總體條件下，參照實測的數(shù)據(jù)，結(jié)合上面的曲線圖可得出以下結(jié)論：

1）進風順槽受工作面采動影響可分為三個區(qū)域：采動影響劇烈區(qū)，0～20 m段；采動影響明顯區(qū)20～40 m段；采動影響存在區(qū)40～70 m段。其中第一、第二段為被動支護區(qū)，第三段為支護加強區(qū)。

從40～70 m段開始，工作面采動對順槽開始發(fā)生影響，巷道開始變形。由于該段巷道變形較小，所以原有支護還在發(fā)揮主要作用，這一段的支護屬于主動支護，主動支護的特征是錨索有斷裂現(xiàn)象但巷道頂板下沉量較小。

隨著工作面的推進，當測量段距離工作面進入20～40 m段時，巷道的變形量開始急劇增大，隨著變形增大變形裂隙向深部發(fā)展，巷道頂板下沉量達到20 cm以上時巷道原有的錨索支護開始破壞，巷道變形速度加快，同時造成更大支護失效。此時巷道圍巖變成松散緩沖層，支承應力部分向煤體深部轉(zhuǎn)移，其余部分通過圍巖直接作用在后期的加強支護上。目前在生產(chǎn)中這一段也屬于支護重點區(qū)域，支護方法為液壓單體柱板梁，平均密度為每平米一根單體柱。

當測量段距工作面0～20 m段時，巷道處于采動影響劇烈區(qū)。在這一段盡管加強支護還有進一步補強，但原有支護基本完全失效，巷道圍巖的整體性已被破壞，主要表現(xiàn)在巷道頂板已不再是整體下沉，而是已破碎的網(wǎng)包形式壓縮巷道空間。此時的巷道支護處于完全被動狀態(tài)。

2）在采空側(cè)順槽的變形量，巷道高度變化主要由兩部分組成：頂板下沉量與巷道底板底鼓量。頂板下沉量平均值為15cm（巷道距工作面20 m以上），巷道底板底鼓量的平均值為45 cm。巷道高度變化的平均值為60 cm。在測站觀測過程中底板變形受到隊組工程修復的影響（巷道底板底鼓影響軌道運輸需要頻繁起底），數(shù)值偏低，觀測最大值40cm，平均25 cm。巷道的實際收縮量為：巷高40 cm，巷寬1.2 m。巷道收縮量為0.58 m巷道變形明顯。理論上在出去加強支護支柱占用的空間后仍能滿足安全規(guī)程要求的0.8 m×1.8 m的安全空間，但人員通行、材料運輸以及工作面通風受到較大影響。原理上可在設計時采用更大斷面，但是實際生產(chǎn)反應出的問題是大斷面更容易發(fā)生失穩(wěn)且工作面生產(chǎn)時的支護難度更大，所以建議加強原來巷道的支護密度，采用延長錨索長度深部固定已應對后期工作面20～40 m段的失穩(wěn)問題。

3）在類似地質(zhì)條件下，工作面順槽的超前支護在完整頂板時，40～50 m支護長度基本滿足順槽需要；巷道頂板破碎段，超前支護需要延長到70 m。在類似條件下，目前的支護條件雖然能保守的應付生產(chǎn)需要，但是屬于較被動階段，進一步加大支護密度效果已不明顯，而且對巷道的通風運輸使用也產(chǎn)生嚴重影響。外部支護阻力的提高有利于正向提升巷道圍巖對礦壓的支護作用，建議可以采用高分子材料注漿加固圍巖提升巷道圍巖的整體性。

4）15201工作面進風順槽的巷道支護在頂板良好的情況下滿足需要，在頂板較破碎時，巷道支護仍需加強。根據(jù)工作面后期補加錨索的經(jīng)驗得知，當巷道變形量超過15 cm時（一般位于工作面機頭到距離工作面20 m段）巷道錨索幾乎失去支護效果。15201工作面是在五林井礦井生產(chǎn)后期銜接的一個工作面，和相鄰的15203工作面回采間隔約四年時間，原來工作面回采后已處于穩(wěn)定期，15201工作面回采未發(fā)現(xiàn)相鄰工作面有大頂活動現(xiàn)象。為有效弱化采空區(qū)對相鄰工作面的影響，應盡可能的延長兩個工作面的生產(chǎn)時間，根據(jù)礦井實際生產(chǎn)經(jīng)驗，工作面回采結(jié)束24個月后采空區(qū)上部巖層經(jīng)過塌落充填后進入穩(wěn)定期。