沿空留巷工作面上順槽圍巖活動規律研究

李傳明

(安徽理工大學能源與安全學院, 安徽淮南市 232001)

沿空留巷工作面上順槽圍巖活動規律研究

李傳明

(安徽理工大學能源與安全學院, 安徽淮南市 232001)

通過巷道表面位移觀測、頂板離層觀測等礦壓觀測手段,分別對沿空留巷工作面前方巷道和工作面后方尾巷圍巖礦壓顯現特征進行觀測,進而分析巷道圍巖礦壓活動規律,得出工作面上順槽留巷前后巷道圍巖變形規律的異同,對生產實踐有一定指導與借鑒意義。

沿空留巷;巷道圍巖;變形規律

0 前 言

沿空留巷是煤礦開采技術的一項重大改革,它對提高煤炭回收率,降低掘進率,緩解采掘接替的緊張狀況,提高礦井的經濟效益都有著十分重要的意義。我國學者針對沿空留巷技術進行了一系列的基礎研究工作,取得了諸多進展。相對于普通開采方式,沿空留巷開采全過程的礦壓顯現規律有其顯著特點。

有觀點認為,在沿空留巷工作面頂板進入周期垮落循環后,因受采場邊界煤體的支承作用,經常在采空區邊界上方形成不整齊的懸臂式頂板殘留邊界。根據頂板巖層的分布狀態,可將采空區邊界附近的巖層分為垮落區、錯動離層區、二次破斷區、微破裂區 4個區域。頂板在采空區邊界處的斷裂位置及巷道所處的位置隨煤體的強度不同而發生相應變化,進而影響巷道的礦壓顯現及穩定性。

也有觀點將沿空留巷的巷道頂板運動按時間劃分為前期活動、過渡期活動和后期活動 3個時期。該觀點還認為,因為有老頂“大結構”的存在,有效的保護了巷內支架免受上覆巖層自重應力的作用。“大結構”的形態與采高、直接頂厚度、老頂下位巖層的性質有關。巷內支架和巷旁充填體不能改變老頂“大結構”的形態。因為巷內支架和巷旁支護不能改變頂板巖層過渡期活動時頂板的下沉量,也不能約束頂板巖層后期活動而引起的平行下沉,所以巷內支架只需保持直接頂的完整和與老頂的緊貼。

本文擬通過對試驗巷道的礦壓觀測,分析沿空留巷工作面巷道圍巖活動規律,增加對沿空留巷工作面礦壓顯現規律的進一步認識。

1 工作面概況

實驗工作面采用沿空留巷,Y型通風方式,為單一走向長壁、區內后退式綜合機械化采煤。一次采全高,采高為 2.8 m。工作面軌道順槽用于進風及輔助運輸,采用混凝土膏體材料充填沿空留巷,其余采空區頂板為自然垮落法管理。

該工作面所采煤層大部分由一寬緩的背斜和向斜組成,煤層內小的裂隙和斷層構造比較發育,這些小構造一定程度上破壞了煤層的連續性,而且使工作面出現煤層異常區。工作面水文地質條件相對簡單,主要充水水源為老頂砂巖水。老頂砂巖主要由中細砂巖組成,個別地段有粗砂巖和粉砂巖,巖層垂直裂隙發育,富水性較差,主要以靜儲量為主。直接頂板主要由細砂巖組成,賦存條件較好。

2 礦壓觀測

巷道表面位移觀測采用巷道十字斷面法測量。距離工作面前方 100 m處開始設測點,每隔 30 m設一個測站進行觀測,總共設置 4個測站,觀測工作面前方巷道表面位移。工作面后方 20 m處設置第一測站,以后每 30 m設置一個測點,總共設置 4個測點,觀測工作面后方巷道表面位移。頂板離層觀測采用頂板離層儀,測站位置與表面位移測站相同,每測站在頂板處安裝一套。

2.1 表面位移觀測

由圖1 可以看出,工作面前方 20～90 m范圍內,巷道表面位移速度很小,累積變形量也一直維持在較低的水平,頂底板和上下幫的相對位移均逐步增大,但巷道整體變形量不大。在工作面推進至距測站 20 m以內時,隨著工作面推進,巷道表面位移速度明顯增大,累積變形量迅速增大,巷道整體發生明顯的劇烈變形。由此也可以看出,該工作面的超前影響范圍為 20 m左右。同時,由于巷道頂板完整性較好,所以頂底板相對移近量遠小于兩幫相對移近量。工作面回采對兩幫的影響大于對頂底板的影響。

圖1 工作面前方巷道表面位移

如圖2,工作面后方 20～40 m范圍內,由于加強支護的作用,巷道表面位移速度很小。在工作面后方 40～100 m范圍內,隨著工作面推進,工作面后方尾巷上覆圍巖不斷的彎曲、下沉和破壞,尾巷采空區側的基本頂在自重及支護體產生的切頂阻力作用下發生破斷。在這個過程中,巷道表面位移速度逐漸增大,巷道整體變形劇烈。直到距工作面 100 m左右時,巷道表面位移速度迅速變小,并隨工作面的推進逐漸趨于穩定。

圖2 工作面后方巷道表面位移

2.2 頂板離層觀測

頂板離層儀淺基點布置在頂板 1.5 m深處,深基點布置在頂板 8.3 m深處。由離層儀讀數可以發現,工作面前方 5～100 m以及工作面后方 20～180 m整個觀測范圍內,頂板的淺部離層與深部離層均為很小的數值,即巷道頂板未發生明顯的離層。本工作面直接頂為整體性比較好的砂巖,其上部有多層較完整的堅硬巖層,而且在工作面后方尾巷采取了及時有效的加強支護措施,所以上順槽頂板在留巷前后能保持很好的整體性和運動一致性,使巷道頂板并未發生明顯的離層現象。

3 結 論

本文通過巷道表面位移觀測、頂板離層觀測等觀測手段,對試驗工作面前方巷道和工作面后方尾巷分別進行礦壓觀測,分析發現,沿空留巷工作面前方 0～20 m左右及工作面后方 40～100 m左右范圍為巷道圍巖地壓活動劇烈區域;沿空留巷工作面留巷前后巷道上下幫移近量都大于頂底板移近量;良好的頂板條件是保證留巷效果的重要影響因素。對該沿空留巷工作面巷道圍巖活動規律的研究,有利于指導其相鄰工作面的開采,對相似條件的工作面也有借鑒意義。

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2009-07-28)

李傳明(1985-),男,山東萊蕪人,碩士研究生,研究方向為礦山壓力與巖層控制。