二次采動(dòng)煤巷圍巖破壞特點(diǎn)及失穩(wěn)機(jī)理研究

摘 要:文章通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬分析研究了二次采用煤巷的圍巖破壞特點(diǎn)及失穩(wěn)機(jī)理，從理論上給受采動(dòng)影響巷道的圍巖變形控制提供了幫助。

關(guān)鍵詞:二次采用煤巷 特點(diǎn) 失穩(wěn)機(jī)理

中圖分類號(hào):TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2011)03(c)-0108-01

1 緒論

受采動(dòng)影響的巷道在我國(guó)煤礦生產(chǎn)中普遍存在，具有量大面廣的特點(diǎn)。此類巷道是一種受煤層開采影響形成強(qiáng)烈支承壓力的特殊類型巷道，采動(dòng)影響期間圍巖變形劇烈，維護(hù)困難，目前有50%以上采動(dòng)巷道的支護(hù)與圍巖變形不相適應(yīng)，支架損壞嚴(yán)重。無論從理論上還是實(shí)際生產(chǎn)中，掌握該類巷道的圍巖變形活動(dòng)規(guī)律并對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制是十分必要的。二次采動(dòng)煤巷的變形破壞現(xiàn)象包括:

(1)頂板下沉。雖然頂板的支護(hù)強(qiáng)度較大，但由于兩幫下沉失穩(wěn)和底鼓嚴(yán)重而導(dǎo)致頂板明顯下沉。(2)兩幫收斂。兩幫內(nèi)擠，肩部沿直接頂?shù)撞慨a(chǎn)生水平錯(cuò)動(dòng)，底角處由于兩幫失角內(nèi)擠尤為嚴(yán)重，從而形成“W”形。(3)底鼓嚴(yán)重。

2 二次采動(dòng)煤巷圍巖的破壞特點(diǎn)

通過對(duì)山東某礦巷道的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)整理，我們發(fā)現(xiàn)二次采動(dòng)煤巷圍巖的破壞具有以下特點(diǎn):

(1)圍巖變形具有明顯的時(shí)間效應(yīng)。未受采動(dòng)時(shí)，初始的變形速度很小，受其影響后，變形逐漸增大并趨于穩(wěn)定，但仍以較大的速度產(chǎn)生流變，且持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)。如不采取有效的支護(hù)措施，則會(huì)由于圍巖變形量的持續(xù)增大，將導(dǎo)致巷道斷面急劇收縮，嚴(yán)重影響巷道使用。(2)圍巖變形有明顯的空間效應(yīng)。在距工作面30～90m范圍內(nèi)都有不同程度的影響:巷道受采動(dòng)影響在采距小于30m時(shí)開始顯現(xiàn)，而在小于15m后位移明顯增大，當(dāng)采距小于5m時(shí)出現(xiàn)急劇增大現(xiàn)象尤其是推采過后2～3天。(3)受采動(dòng)影響后圍巖表現(xiàn)出軟巖特性。巷道不僅頂板下沉量大且容易冒落，兩幫也劇烈位移并伴隨底板的強(qiáng)烈底鼓頂板下沉量、兩幫移進(jìn)量和底鼓量的比值一般為1∶1∶2。

3 二次采動(dòng)煤巷變形破壞失穩(wěn)機(jī)理分析

相鄰采面采動(dòng)影響的全過程由工作面前方開始。根據(jù)圍巖性質(zhì)、采深、煤層厚度等因素不同，其超前距離由10～20m至40～50m不等，到工作面附近，采動(dòng)影響已相當(dāng)劇烈。其峰值區(qū)多數(shù)情況是位于工作面后方5～20m范圍內(nèi)。為了對(duì)二次采動(dòng)煤巷變形破壞的機(jī)理進(jìn)行分析，我們首先分析了回采工作面前后方的應(yīng)力分布和護(hù)巷煤柱的應(yīng)力分布，如圖1、圖2所示。

通過分析我們發(fā)現(xiàn)，工作面前方采動(dòng)影響帶內(nèi)巷道圍巖的變形、移動(dòng)和破壞，上要是由工作面前方支承壓力和沿傾斜側(cè)向支承壓力的疊加作用引起的，而工作面后方采動(dòng)影響帶內(nèi)巷道圍巖的劇烈變形、移動(dòng)和破壞是由巷道上方和采空區(qū)一側(cè)頂板彎曲下沉和顯著運(yùn)動(dòng)所引起的，兩者在礦壓顯現(xiàn)劇烈程度上通常有明顯差別。由此我們認(rèn)為造成二次采動(dòng)煤巷變形破壞的主要原因有:

(1)二次采動(dòng)導(dǎo)致煤巷失穩(wěn)。工作面推過之后，采空區(qū)頂板巖層將出現(xiàn)不規(guī)則跨落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，它們使巖層處于松散狀態(tài)，上覆巖層大部分呈懸空，懸空巖層的重量要轉(zhuǎn)移到工作面前方和采空區(qū)兩側(cè)的煤柱和煤體上，引起采場(chǎng)周圍的巖層運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力重分布。回采巷道受強(qiáng)烈支承壓力作用后，圍巖變形量大大地超過巖石的彈性變形范圍，使原本保持穩(wěn)定的巷道，由原來的硬巖特性轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為工程軟巖的特性，產(chǎn)生大的塑性流變和破壞區(qū)域。(2)煤柱寬度不合理。布置巷道時(shí)保護(hù)煤柱預(yù)留寬度不合理也是導(dǎo)致煤巷變形破壞失穩(wěn)的重要原因之一。如圖3所示，由于護(hù)巷煤柱尺寸的不同，順槽可能的位置有3種:在應(yīng)力降低區(qū)中(圖中位置1)，在應(yīng)力增高區(qū)(圖中位置2)，在原巖應(yīng)力區(qū)(圖中位置3)。最佳的巷道位置為1所示的地方，相應(yīng)的煤柱尺寸即為合理煤柱尺寸。(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)不合理。結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)與支護(hù)體系的約束情況有很大關(guān)系。不正確的支護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)，會(huì)在巷道中形成應(yīng)力集中區(qū)，如圖4所示。

4 結(jié)論

通過分析我們發(fā)現(xiàn)二次采動(dòng)煤巷圍巖的破壞具有:圍巖變形具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，圍巖變形具有明顯的空間效應(yīng)和受采動(dòng)影響后圍巖表現(xiàn)出軟巖特性的特點(diǎn);造成二次采動(dòng)煤巷變形破壞的主要原因有:二次采動(dòng)導(dǎo)致煤巷失穩(wěn)，煤柱寬度不合理和支護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)不合理。

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