回采工作面開(kāi)采對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響研究

李云龍

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司，山西呂梁033600）

巷道圍巖本身具有天然的承載結(jié)構(gòu)，隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)，其對(duì)于巷道圍巖產(chǎn)生變形破壞，由于開(kāi)采的方式和技術(shù)手段的差異，而產(chǎn)生不同的變形破壞結(jié)果。通過(guò)分析回采工作面開(kāi)采工作的實(shí)際狀況以及影響巷道圍巖穩(wěn)定性的因素，可以在開(kāi)展回采過(guò)程中，盡量減少影響因素干擾，優(yōu)化支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)，保障巷道圍巖穩(wěn)定，進(jìn)而確?；夭砂踩Ｏ旅嬲归_(kāi)詳細(xì)的論述。

1 回采工作面實(shí)況

結(jié)合煤礦開(kāi)采的具體形式，回采工作面通常是包括了空間架構(gòu)、設(shè)備應(yīng)用、割煤方式、支架移架支護(hù)等四個(gè)角度的內(nèi)容，并成為煤炭回采工作的主要狀態(tài)。針對(duì)23114采煤工作面進(jìn)行分析，有助于把握煤礦開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)和對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，進(jìn)一步指導(dǎo)安全生產(chǎn)。主要內(nèi)容如下。

1.1 空間架構(gòu)分析

在開(kāi)采過(guò)程中，受到回采工作面空間大小的限制，選取采煤方法來(lái)確定回采工作面的寬度、放頂步距、充填步距等具體數(shù)值，進(jìn)而構(gòu)成回采工作的空間范圍。確定回采工作面的空間構(gòu)成，主要是堅(jiān)持空間足夠、便于維護(hù)以及通風(fēng)良好的原則，從寬度和高度兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，考慮到煤層的分布情況，還需要確定回采工作面的長(zhǎng)度。23114 工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤方法進(jìn)行回采，走向長(zhǎng)度2346.79m，傾斜長(zhǎng)度244.27m，工作面煤層平均厚度14.56m，采高為3.8m，放煤高度10.76m，采放比約為1∶2.83，循環(huán)進(jìn)度、放煤步距均為1.6m，頂板采用全部垮落法管理采空區(qū)頂板。

1.2 設(shè)備應(yīng)用分析

23114工作面采煤機(jī)用滾筒將煤裝入SGZ1000/2×1200型前部運(yùn)輸機(jī)內(nèi)，頂煤放下進(jìn)入SGZ1200/2×1200型后部運(yùn)輸機(jī)內(nèi)，分別經(jīng)前后運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送到SZZ1350/700 型轉(zhuǎn)載機(jī)內(nèi)，經(jīng)PLM4000 型破碎機(jī)破碎后落到DSJ160/3500/4×500 型膠帶運(yùn)輸機(jī)上，經(jīng)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸至地面煤倉(cāng)。實(shí)際上，不同的設(shè)備型號(hào)也在影響著回采工作面的開(kāi)采狀況。

1.3 采動(dòng)分析

在回采工作面開(kāi)采中，通常采用單向割煤法和雙向割煤法來(lái)完成巷道內(nèi)部的割煤工作。此外，在采煤機(jī)進(jìn)刀方式上則是包括了斜切式和直臥式兩種，其對(duì)于周?chē)h(huán)境的影響差異就集中在采煤機(jī)運(yùn)行切割的強(qiáng)度上，還會(huì)造成割煤效率、落煤速率等的差異。23114采煤工作面選用SL750 型電牽引采煤機(jī)落煤，采用端部斜切進(jìn)刀、雙向割煤的方法，往返一次割煤兩刀的方式。

1.4 支護(hù)分析

回采工作面開(kāi)采的支架移架支護(hù)主要是根據(jù)采煤機(jī)割煤的前后順序來(lái)進(jìn)行支架的移動(dòng)，從而保障支護(hù)安全。23114 工作面端面距為460mm，經(jīng)計(jì)算工作面最大控頂距為6855mm，最小控頂距為6055mm。工作面中間支架采用本架操作進(jìn)行移架，頭三尾四過(guò)渡支架采用鄰家操作進(jìn)行移架，追機(jī)移架及時(shí)支護(hù)。采煤機(jī)割通機(jī)頭并退至距機(jī)頭50m 外停機(jī)，順序移過(guò)前部運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、過(guò)渡支架、機(jī)頭段后部運(yùn)輸機(jī)、正巷超前支架、轉(zhuǎn)載機(jī)，移端頭支架時(shí)先移下幫側(cè)端頭支架，再后移上幫側(cè)端頭支架。通過(guò)支架阻力觀(guān)測(cè)、單體液壓支柱阻力觀(guān)測(cè)、頂板離層儀觀(guān)測(cè)以及支護(hù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)工作面頂板活動(dòng)規(guī)律、來(lái)壓特征、支架受力特征、超前支承壓力影響范圍和分布特點(diǎn)以及支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行分析，進(jìn)一步了解圍巖變形情況及規(guī)律。

2 影響巷道圍巖穩(wěn)定性的因素及與回采工作面開(kāi)采的關(guān)系

2.1 圍巖強(qiáng)度及其結(jié)構(gòu)特征

圍巖強(qiáng)度對(duì)巷道的變形和破壞起決定性作用，巷道圍巖的變形破壞還與圍巖的構(gòu)造特征有密切關(guān)系。其中最主要的是層理的發(fā)育程度，層理的存在使得圍巖強(qiáng)度大大降低，節(jié)理裂隙的存在容易引起頂板局部冒落或巷幫片幫。因此，節(jié)理間距、分層厚度的大小對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響也是不可忽視的。

2.2 增藏深度

巷道的埋藏深度是確定巷道圍巖穩(wěn)定性的基本因素之一，它直接決定原巖應(yīng)力的大小，采動(dòng)應(yīng)力集中系數(shù)一般為2.5～5。隨著深度的增加，圍巖移近率不斷增加,巷道圍巖變形加劇。

2.3 煤層傾角

由于巷通圍巖最大主應(yīng)力方向垂直于頂?shù)装?故在煤層傾角不同時(shí)，巷道的主要受壓方向和大小也不同。在回采影響階段,煤層傾角越大，會(huì)導(dǎo)致支承壓力帶長(zhǎng)度和應(yīng)力集中系數(shù)也相應(yīng)越小。

2.4 地下水的影響

圍巖中含水率較高時(shí)，會(huì)加快和加劇巷道圍巖的變形和破壞，地下水對(duì)相當(dāng)數(shù)量的巖石軟化、泥化和膨脹等作用，從而使圍巖強(qiáng)度大為降低并產(chǎn)生較大的塑性變形；對(duì)節(jié)理發(fā)育的巖體，水能使受節(jié)理剪切的破碎巖塊間的摩擦力減小，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

3 模擬分析

根據(jù)FLAC3D數(shù)值模擬23114 工作面回采后工作面超前支承壓力分布狀態(tài)，距離23114回采工作面煤壁10.2m 的煤體中，超前支承壓力達(dá)到最大值24.6MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為3.78；

距離超過(guò)40m 左右后，工作面前方煤體中的垂直應(yīng)力趨于原巖應(yīng)力。巷道頂板淺部位置屬于垂直應(yīng)力釋放區(qū)，隨深入頂板應(yīng)力值逐漸升高，距頂板11m左右出現(xiàn)垂直應(yīng)力峰值；在23114 材料巷頂板11m 左右，沿巷道軸向方向，應(yīng)力最高值為14.6MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.24，低于工作面的超前支承壓力24.6MPa。

4 總結(jié)

綜上所述，通過(guò)分析回采工作面開(kāi)采對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，主要是從回采工作面開(kāi)采工作的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合能夠影響巷道圍巖穩(wěn)定性的因素，探索回采工作面開(kāi)采工作當(dāng)中具有的影響巷道圍巖穩(wěn)定性的因素，通過(guò)模擬分析，合理規(guī)避并預(yù)控影響因素顯現(xiàn)，保障工作面回采的質(zhì)量和效率，提高開(kāi)采的安全性和穩(wěn)定性，確保安全生產(chǎn)。