松軟圍巖條件下沿空留巷圍巖變形與控制技術(shù)研究

王海龍

【摘 要】 文章以山西某礦4#煤層松軟圍巖沿空留巷為研究背景，采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的研究方法，基于對松軟圍巖沿空留巷表面變形規(guī)律研究和分析，提出了針對性加強支護方案?，F(xiàn)場實測結(jié)果表明，采用加強支護措施后，松軟圍巖沿空留巷圍巖變形得以有效控制，滿足本工作面和下一工作面回采時復(fù)用的基本要求。

【關(guān)鍵詞】 松軟圍巖;沿空留巷;圍巖控制;錨桿支護

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）04-0009-03 開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

近年來，沿空留巷技術(shù)憑借無護巷煤柱、低巷道掘進率、高煤炭采出率和低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢，在我國各大礦區(qū)應(yīng)用日益廣泛。本文針對山西某礦4#煤層軟巖沿空留巷圍巖變形較大，支護困難的問題，采用數(shù)值模擬的研究方法，研究了軟巖沿空留巷圍巖變形規(guī)律，并提出針對性的圍巖變形控制措施。

1工程概況

山西某礦現(xiàn)主采4#煤層，該煤層平均厚度為1.8m，平均埋深426m，平均傾角為6°，采用一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法進行回采。4#煤層4204工作面沿煤層走向布置，其北側(cè)為4202工作面（設(shè)計），南側(cè)為4200采空區(qū)，西側(cè)為西區(qū)回風巷，東側(cè)為4116和4118采空區(qū)。4204工作面皮帶運輸巷采用沿空留巷的方法布置，該巷斷面尺寸為4.5×3.2m（寬×高），巷旁充填體寬度為2m。

現(xiàn)場鉆孔實測及地質(zhì)資料表明該礦4#煤層內(nèi)部有原生裂隙發(fā)育，且含有1～3層厚度為0.04～0.05 m的夾矸。4#煤層偽頂為0.4m厚的灰黑色炭質(zhì)頁巖，直接頂和直接底均為炭質(zhì)泥巖，厚度分別為1.8m和2.9m，基本頂和基本底分別為細粒砂巖和炭質(zhì)頁巖，厚度分別為4.3m和2.0m。

2松軟圍巖沿空留巷數(shù)值模擬研究

基于該礦4#煤層4204工作面頂?shù)装鍘r層條件通過FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值模型，探究了松軟圍巖條件下沿空留巷圍巖變形隨工作面推進的變化規(guī)律，以期為松軟圍巖沿空留巷圍巖支護提供依據(jù)。所建數(shù)值模型尺寸為220m×120m×80m（長×寬×高），模型邊界條件分別為：四周邊界固定水平方向位移，下部邊界固定垂直方向位移，上部施加20MPa的均布載荷。在巷道頂?shù)装搴蛢蓭椭悬c處各布置一條測線，用以監(jiān)測模型開挖過程中沿空留巷圍巖變形隨工作面推進的變化情況。圖1為數(shù)值模型圖，表1為各煤巖層力學參數(shù)。

松軟圍巖沿空留巷表面變形量隨工作面推進的變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2可知，在超前工作面40m至滯后工作面50m范圍，沿空留巷頂?shù)紫鲁亮俊⒌坠牧?、煤體幫和充填體幫水平位移量分別增大至0.47、0.50、0.50和0.52m，而在滯后工作面50m至120m范圍內(nèi)，沿空留巷表面變形量無顯著變化。故而，松軟圍巖沿空留巷表面變形量隨工作面距離的增大總體呈現(xiàn)出先快速增長后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，即在超前工作面40m至滯后工作面50m范圍內(nèi)，沿空留巷表面變形量隨工作面推進而快速增加;在滯后工作面50m以后，沿空留巷表面變形量隨工作面推進基本趨于穩(wěn)定。主要是因為超前工作面40m至滯后工作面50m范圍內(nèi)，在采動影響下，沿空留巷圍巖初始應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，新的應(yīng)力平衡狀態(tài)尚未形成，此時工作面推進所形成的動態(tài)應(yīng)力場改變了其初始應(yīng)力場，導致沿空留巷頂?shù)装逯虚g部位在拉應(yīng)力影響下發(fā)生受拉破壞，造成較劇烈的頂板下沉和底鼓;同時，隨著工作面推進，采空區(qū)側(cè)頂板懸露面積逐漸增大，懸露時間也逐漸延長，導致沿空留巷煤體幫和充填幫因受較大的側(cè)向支承壓力而發(fā)生加大的水平位移。在滯后工作面50m以后，隨著頂板垮落，沿空留巷圍巖新的應(yīng)力平衡狀態(tài)形成，此時沿空留巷圍巖受采動影響相對較小，圍巖受力狀態(tài)基本穩(wěn)定，所以該段沿空留巷表面變形相對穩(wěn)定。

3松軟圍巖沿空留巷圍巖控制方案

頂?shù)装逅绍洝⒚后w幫和充填體幫側(cè)向應(yīng)力高度集中是導致松軟圍巖沿空留巷圍巖表面變形較大的主要原因。因此，本文基于松軟圍巖沿空留巷圍巖變形的主要影響因素并結(jié)合數(shù)值模擬研究結(jié)果，提出了針對性的松軟圍巖沿空巷道加強支護方案，支護方案如圖3所示。支護參數(shù)如表2所示。

4現(xiàn)場監(jiān)測

為了掌握4204工作面沿空留巷（皮帶運輸巷）及該巷在二次使用期間圍巖變形情況，采用礦用本安型激光測距儀對該巷圍巖變形情況進行監(jiān)測。留巷過程中每隔100m布置一個測站。沿空留巷表面變形監(jiān)測儀護巷充填體構(gòu)筑為監(jiān)測起始點。根據(jù)對比各測站所監(jiān)測的數(shù)據(jù)，本文取較為典型的2#測站所監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，對沿空留巷表面變形隨工作面的推進的變化情況進行分析。沿空留巷表面相對移近量隨距工作面距離的變化規(guī)律如圖4所示，圖4中“-”表示滯后工作面。

由圖4可知，測點2所監(jiān)測的沿空留巷表面相對移近量隨工作面推進的變化規(guī)律總體上與數(shù)值模擬結(jié)果吻合，即沿空留巷表面相對移近量隨工作面推進呈現(xiàn)出先快速增長后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律。在滯后工作面0～300m范圍內(nèi)，沿空留巷表面相對位移量隨工作面推進呈快速增長趨勢;在滯后工作面300m時，沿空留巷頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平糠謩e由0m時的11.61mm和18.93mm增長至1052.90mm和992.96mm。在滯后工作面300～400m范圍內(nèi)，沿空留巷表面相對移近量隨工作面推進無顯著變化，基本趨于穩(wěn)定;在滯后工作面400m時，沿空留巷頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平糠謩e為1064.51mm和1003.04mm。綜上所述，采用本文所提出的松軟圍巖沿空留巷支護方案對4204工作面皮帶運輸巷進行支護施工后，該巷表面變形得到有效控制，能夠滿足在本工作面回采和4202工作面回采時復(fù)用的要求。

5結(jié)語

本文基于松軟圍巖沿空留巷圍巖變形的主要影響因素并結(jié)合數(shù)值模擬研究結(jié)果，提出了松軟圍巖沿空巷道針對性的加強支護方案?，F(xiàn)場實測表明本文所提出的加強支護方案有效控制了4204工作面皮帶運輸巷圍巖變形，能夠確保該沿空留巷滿足4204工作面和4202工作面回采使用要求。

【參考文獻】

[1]楊朋，華心祝，李迎富，等.深井復(fù)合頂板條件下沿空留巷充填體水平方向穩(wěn)定性分析[J].巖土力學，2018，39（S1）：405-411.

[2]張自政，柏建彪，陳勇，等.淺孔爆破機制及其在厚層堅硬頂板沿空留巷中的應(yīng)用[J].巖石力學與工程學報，2016，35（S1）：3008-3017.

[3]趙永明.煤礦綜放開采沿空留巷圍巖控制技術(shù)[J].山西能源學院學報，2017，30（3）：16-17.

[4]王茂盛，王萌，都海龍.厚層堅硬頂板工作面沿空留巷技術(shù)[J].煤炭科學技術(shù)，2013，41（6）：42-45.

[5]王永巖.軟巖巷道變形與壓力分析、控制及預(yù)測[J].巖石力學與工程學報，2004（1）：158.

[6]曹王建.綜采工作面沿空留巷巷旁充填體合理寬度研究[J].山西能源學院學報，2019，32（4）：6-8.

[7]張俊文.深部大規(guī)模松軟圍巖巷道破壞分區(qū)理論分析[J].中國礦業(yè)大學學報，2017，46（2）：292-299.

[8]鄧磊.松軟破碎圍巖條件下沿空留巷控制對策研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2017，37（7）：35-39.