煤層群沿?cái)鄬踊夭上锏榔茐臋C(jī)理及控制技術(shù)研究

續(xù)盛磊

（汾西礦業(yè)集團(tuán)安全管理部，山西 介休 032000）

井巷設(shè)計(jì)作業(yè)會(huì)受到的地層地質(zhì)情況，以及開礦布局情況的約束，而如果煤礦開采區(qū)域存在斷層，在實(shí)際斷層影響下周圍煤巖初始應(yīng)力場(chǎng)將會(huì)遭受影響，與周圍常規(guī)應(yīng)力場(chǎng)相比會(huì)存在一定差異，影響支護(hù)作業(yè)，而針對(duì)相關(guān)內(nèi)容的研究有限，這會(huì)對(duì)煤礦開采作業(yè)造成不良影響，因此，要依據(jù)實(shí)際情況，做好相應(yīng)研究作業(yè)，做好施工現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)，保證開采順利進(jìn)行。

1 煤礦工程概況

1.1 煤礦所在區(qū)域的地質(zhì)情況

某煤礦的8284 工作面處于西七采區(qū)，通過對(duì)煤礦區(qū)域的煤層情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域煤層結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，煤層的平均厚度約為4.85 m，最大厚度約為5.28 m，最小厚度為3.86 m，傾斜角度約為16.5°，工作面標(biāo)平均值為462.5 m，最大標(biāo)高值為-508.1 m，最小標(biāo)高值為-414.5 m。本次研究的巷道為8284 工作面溜子道，通過對(duì)8284 工作面周圍情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其上部為7204 工作面，該工作面是一個(gè)采空區(qū)，而且兩個(gè)工作面之間相互重疊。針對(duì)采煤工作面所在區(qū)域情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在工作面北部段煤柱為不規(guī)則煤柱，煤柱寬度主要集中在18～104 m 之間。

1.2 8284 工作面巷道圍巖變形特點(diǎn)

8284 溜子道上部為7204 工作采空區(qū)，整個(gè)區(qū)域面積較大，煤礦資源豐富，整體開采難度大，因此，工作回采結(jié)束時(shí)間需要的時(shí)間較長(zhǎng)，通過對(duì)該區(qū)域的覆巖運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，覆巖運(yùn)動(dòng)已經(jīng)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

8284 工作面巷道在進(jìn)行掘進(jìn)期間，受開采應(yīng)力影響，礦壓較為緩和。但是，通過對(duì)煤礦開采的實(shí)際情況來看，受采動(dòng)和斷層構(gòu)造等各項(xiàng)因素影響，8284 溜子道掘進(jìn)施工期間，局部巷道礦壓將會(huì)呈現(xiàn)出了各種異常情況，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）掘進(jìn)期間局部巷道礦壓顯示顯著。

2）肩角部位遭受澡后破壞，在掘巷穩(wěn)定期后25 d，區(qū)域內(nèi)仍然發(fā)生了多次礦震，區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定性將會(huì)遭受破壞，這會(huì)對(duì)后期煤礦開采作業(yè)造成不良影響。此外，巷道局部左肩側(cè)角擠壓情況十分嚴(yán)重，而且網(wǎng)片出現(xiàn)了撕裂情況，受礦震影響，會(huì)向巷內(nèi)竄煤現(xiàn)象[1]。

3）支護(hù)時(shí)機(jī)選擇對(duì)于支護(hù)效果會(huì)造成較大影響。巷道掘進(jìn)前期，具體掘進(jìn)作業(yè)要依據(jù)原有參數(shù)開展。在煤礦具體開采期間，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖變形情況的合理控制，應(yīng)當(dāng)在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在近斷層側(cè)設(shè)置肩角短錨索和巷幫，同時(shí)，在原掘進(jìn)支護(hù)巷幫處，采用相同錨索進(jìn)行補(bǔ)打[2]。煤礦開采過程中，相關(guān)工作人員對(duì)煤礦開采現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然開采中涉及的各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)都一致，但針對(duì)相同巷道來說，在相同時(shí)間掘出時(shí)間內(nèi)，支護(hù)滯后巷幫短錨索在應(yīng)用期間，取得的支護(hù)效果較為顯著。

2 8284工作面巷道變形破壞機(jī)制

2.1 斷層構(gòu)造引起高靜壓力和承載不均勻

8284 工作面下段區(qū)煤柱與M217 斷層相互作用，形成了一個(gè)高靜壓區(qū)，對(duì)該壓力區(qū)8#—10#測(cè)點(diǎn)范圍內(nèi)的段煤柱情況進(jìn)行測(cè)量，區(qū)域內(nèi)的煤寬度主要集中在10～26 m 之間，各個(gè)煤柱都為高應(yīng)力煤柱。通過對(duì)煤礦區(qū)域情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然8284 溜子道與7204 溜子道在分布上呈現(xiàn)出了重疊方式，但是由于存在M217 斷層，這將會(huì)導(dǎo)致采煤區(qū)間內(nèi)巖層失去重疊布置巷道的應(yīng)力弱化作用。除此之外，開展采煤作業(yè)時(shí)，會(huì)引起斷層護(hù)面滑移和活化情況，這將會(huì)導(dǎo)致采礦區(qū)域內(nèi)巷道近斷層側(cè)礦壓會(huì)顯現(xiàn)劇烈，該區(qū)域內(nèi)存在高靜壓力。

2.2 動(dòng)荷載造成的不良影響

通過對(duì)8284 工作面情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，覆巖變形一側(cè)為實(shí)體，另一側(cè)則相鄰工作面則為弧形三角板，將該結(jié)構(gòu)被命名為E 覆巖空間結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采空區(qū)覆巖會(huì)對(duì)下一步工作面掘進(jìn)作業(yè)造成不良影響。進(jìn)行開展掘進(jìn)過程中會(huì)對(duì)周圍巖石的應(yīng)力情況造成影響，會(huì)重新分布應(yīng)力，這會(huì)致使采空區(qū)內(nèi)的圍巖結(jié)構(gòu)由于受力問題而發(fā)生失穩(wěn)，最終會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn)變形，形成鉸接結(jié)構(gòu)，而由于失穩(wěn)而形成的動(dòng)荷載，將會(huì)反作用于與巷道，從而降低巷道在開采時(shí)的穩(wěn)定性，可能會(huì)引發(fā)事故[3]。此外，由于存在斷層，并且在斷層間交叉咬合，這提高了覆巖結(jié)構(gòu)在后續(xù)掘進(jìn)期間失穩(wěn)發(fā)生概率。

2.3 構(gòu)造應(yīng)力疊加采動(dòng)應(yīng)力

監(jiān)測(cè)礦壓情況，在8#前10 m 至10#點(diǎn)前25 m范圍內(nèi)的M217 斷層遠(yuǎn)離巷道，在原支護(hù)條件下斷層相距巷道12～14 m 范圍內(nèi)，斷層附加應(yīng)力場(chǎng)對(duì)于巷道支護(hù)會(huì)造成較大影響。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，引起該現(xiàn)象的原因就是小保護(hù)煤柱松散破碎，區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重裂隙情況，難以形成具有較高的應(yīng)力承載體。而對(duì)于留大區(qū)段保護(hù)煤柱，受采動(dòng)和構(gòu)造作用疊加影響，會(huì)導(dǎo)致煤柱應(yīng)力會(huì)集中分布到煤柱兩側(cè)，而巷道兩側(cè)受到構(gòu)造應(yīng)力疊加的作用影響相對(duì)較小[4]。但是，區(qū)域內(nèi)較大煤柱會(huì)導(dǎo)致構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力相互疊加，在煤柱上會(huì)形成更高應(yīng)力峰值，受力的作用影響，會(huì)導(dǎo)致大量破碎煤體都進(jìn)入到巷道內(nèi)，形成網(wǎng)片撕裂，從而致使巷道內(nèi)出現(xiàn)大量竄煤，這將會(huì)對(duì)后續(xù)開采作業(yè)開展造成不良影響，需要引起相關(guān)工作人員的重視。

3 控制8284 工作面回采巷道圍巖的合理措施

原有設(shè)計(jì)采取一體化方式進(jìn)行支護(hù)，在實(shí)際設(shè)計(jì)期間并未充分由于斷層影響的特殊地質(zhì)構(gòu)造，以及采動(dòng)下巷道出現(xiàn)的耦合支護(hù)和非對(duì)稱變形特點(diǎn)，這也就導(dǎo)致圍巖壓力和支護(hù)強(qiáng)度之間會(huì)呈現(xiàn)出相互不匹配現(xiàn)象，巷道在煤礦具體開采期間，巷道圍巖局部肩腳區(qū)域過去出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象和大收斂都會(huì)引起巷道整體結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)問題，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致巷道發(fā)生坍塌，如圖1 所示。

因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖變形情況的合理控制，相關(guān)工作人員需要從實(shí)際情況入手，對(duì)巷道變形失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行全面分析，在對(duì)原巷道情況進(jìn)行全面分析基礎(chǔ)上，對(duì)巷道支護(hù)采取的方式進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，從而提出符合需求的煤層群開采方案，如果在工作面沿?cái)鄬映霾贾幂^大區(qū)段煤柱，為了保證后續(xù)開采作業(yè)順利進(jìn)行，要在對(duì)巷道情況進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，完成相應(yīng)支護(hù)作業(yè)，避免進(jìn)行開采時(shí)發(fā)生安全事故。

3.1 控制巷道頂板圍巖

針對(duì)超前支撐影響范圍內(nèi)，或者與工作煤壁相距較近時(shí)，通常會(huì)補(bǔ)充π 型梁或單體柱，針對(duì)回采巷道局部出現(xiàn)的冒頂情況，需要及時(shí)封頂，避免冒落區(qū)范圍擴(kuò)大，通常針對(duì)回采巷道局部冒頂，可以通過錨噴方式完成支護(hù)。

3.2 巷幫短錨索

斷層面會(huì)限制煤礦開采中造成的短柱應(yīng)力向下盤傳遞，從而轉(zhuǎn)向到近斷層巷幫煤柱，這會(huì)加大煤柱承受的靜載應(yīng)力，煤柱的具體受力情況會(huì)受到斷層構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力的影響，導(dǎo)致局部受力復(fù)雜，針對(duì)這一現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)在原支護(hù)上提升近斷層巷幫煤柱承載性能，采取短錨索+煤柱整體方式，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)抵抗變形能力[5]。

3.3 補(bǔ)強(qiáng)薄弱部位支護(hù)

在原支護(hù)參數(shù)下，斷層影響區(qū)域內(nèi)錨索、錨桿長(zhǎng)度布置，這將會(huì)致使錨固端位于圍巖松動(dòng)和穩(wěn)定區(qū)域的判定相對(duì)較為模糊，而且采用的錨桿軸力較大，處于極限承載狀態(tài)，對(duì)于肩腳區(qū)域進(jìn)行分析可以確定，該區(qū)域?yàn)橹ёo(hù)薄弱環(huán)節(jié)[6]。因此，應(yīng)當(dāng)在采用原錨索支護(hù)基礎(chǔ)上，適當(dāng)延長(zhǎng)采用的錨索、錨桿長(zhǎng)度，同時(shí)，提高支護(hù)布置密度，通過上述處理方式，提高圍巖抵抗變形能力。

3.4 卸壓鉆孔

考慮到巷道在高應(yīng)力區(qū)域，應(yīng)對(duì)提高對(duì)洞圍巖自承載性能的重視，保證最終建設(shè)支護(hù)能夠滿足應(yīng)用需求。采取鉆孔卸壓方式處理，可以在巷道內(nèi)形成塌孔，而針對(duì)巷道深部區(qū)域來說，在處理上可以通過對(duì)影響較小原巖區(qū)域和支護(hù)小結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用，在區(qū)域內(nèi)形成強(qiáng)弱強(qiáng)結(jié)構(gòu)，保證巷道整體穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

煤礦開采過程中，要提高對(duì)煤層群沿?cái)鄬踊夭上锏榔茐臋C(jī)理和控制的分析，確保巷道穩(wěn)定性，保證整個(gè)開采作業(yè)順利進(jìn)行，以免由于巷道坍塌問題，而引發(fā)安全事故。