頂板走向高抽巷層位布置的合理選擇

李東超

摘 要：本文以淮南礦區丁集煤礦的地質條件為基礎，采用UDEC數值計算軟件，分析了高抽巷圍巖應力沉降場特征，探討了不同層位布置對頂板走向高抽巷維護的影響，以期為鄰近層卸壓瓦斯高效抽采提供一定的借鑒。

關鍵詞：頂板 走向高抽巷 UDEC 應力沉降場 層位 選擇

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0067-01

實踐表明，在類似淮南礦區丁集煤礦這種大采深、高瓦斯、煤層群開采條件下，布置頂板走向高抽巷是解決瓦斯突出問題的有效方法之一，并且可以對鄰近煤層瓦斯進行預抽以及卸壓，顯著改善鄰近煤層的開采條件。本文以淮南礦區丁集煤礦的地質條件為基礎，對如果合理選擇頂板走向高抽巷的層位進行探討，以期為鄰近層卸壓瓦斯高效抽采提供一定的借鑒。

1 UDEC數值模型建立

1.1 工程條件分析

高抽巷一般布置于砂質泥巖巖層中，砂質泥巖的頂底板一般為較堅硬的砂巖，因此巷道一般有兩種層位布置方式：沿堅硬頂板掘進，沿堅硬底板掘進。巷道的頂板及兩幫通常有支護，而對于底板的控制由于施工較為困難，一般沒有支護，底鼓嚴重時僅通過臥底修復。決定高抽巷沿頂板掘進還是沿底板掘進需考慮巷道的控制難點是在頂板還是底板，如果巷道控制難點在底板，巷道沿堅硬底板掘進會降低巷道的維控難度，如果巷道控制難點在頂板，問題會變得不確定，另外控制難點本身是難以判斷的，根據具體地質條件進行數值模擬是研究此問題的較好方法。

因此，本文將通過改變巷道的頂底板巖性，來模擬巷道沿堅硬頂板掘進和沿堅硬底板掘進兩種狀況，來探討哪種掘進方式有利于巷道的維護。

1.2 模型巖層巖性

UDEC數值模擬中，除巖石的力學參數外，巖塊劃分的大小以及節理的參數對于模擬的結果也有較大的影響，塊體的大小可根據勘探鉆孔柱狀圖以及綜合柱狀圖對于巖層碎裂程度的描述（塊狀、層狀）進行劃分，然而節理的力學參數一般缺乏現場的實測數據，只能根據經驗進行選取，再根據現場的實測變形多次進行調整，最終使結果接近實際。

2 模擬結果分析

2.1 高抽巷圍巖應力沉降場特征

由圖1可知，在平距為25 m，法距為26.7 m的情況下巷道掘進期間高抽巷與軌道順槽的垂直應力場沒有疊加形成應力增高區，避開了相互之間的開掘擾動，高抽巷回采側垂直應力峰值達到27.8 MPa，應力集中系數為1.51，非回采側垂直應力峰值達到31 MPa，應力集中系數為1.68，非回采側與回采側應力分布基本相同，也說明高抽巷基本處于軌順開挖影響范圍之外，應力顯著增加的區域在應力峰值向外2 m，2～15 m區域應力緩慢減小，在15 m以外進入原巖應力區。

2.2 方案比較

丁集煤礦實際巷道頂板沿2.3 m厚的中細砂巖掘進，巷道布置于5.7 m厚的砂質泥巖中，底板為2.5 m厚的砂質泥巖，將頂板為中細砂巖底板為砂質泥巖的視為方案一，即為沿堅硬頂板掘進的方案，方案二將頂板0.8 m的粉砂巖和2.3 m厚的中細砂巖變為砂質泥巖，將2.5 m厚的砂質泥巖變為中細砂巖，即沿堅硬底板掘進的方案。為方便敘述，沿堅硬頂板布置巷道稱為方案一，沿堅硬底板布置巷道稱為方案二。在巷道掘進期間，方案二的頂底板移近量為方案一的90%，比方案一小40 mm，由于方案二的頂板強度較方案一的低而底板強度較高，因此頂板下沉量變大，而底鼓量變小，方案二的頂板下沉量為方案一的135%，方案二的底鼓量為方案一的62%。兩種方案下幫部變形基本相同，方案二略大。

回采期間兩種方案下巷道收斂對比可知動壓影響下，方案二的頂底板移近量為方案一的63%，比方案一小53 mm，其中方案二的底鼓量為方案一的72%，比方案一小35 mm，方案二頂板下沉量減少18 mm。由巷道的幫部變形可知方案二的兩幫移近量為方案一的88%，比方案一小6 mm，兩種方案下幫部變形也基本相同。

3 結語

通過UDEC數值模擬，研究了高抽巷在動壓影響下巷道圍巖應力及沉降規律并探討了高抽巷層位對巷道維護的影響，得到如下結論：

（1）兩種方案的差異主要表現在頂底板移近量上，沿堅硬頂板掘進還是沿堅硬底板掘進對于巷道兩幫變形的影響差異不大。

（2）兩方案對于巷道變形的影響主要表現在工作面回采期間即受動壓影響期間，巷道掘進期間巷道因方案的不同變形量差異較小。

（3）根據分析來看，在此種地質條件下，巷道沿堅硬底板掘進比巷道沿堅硬頂板掘進巷道變形要小，巷道更容易維護。實際工程中巷道底板可沿2.3 m厚的中細砂巖掘進高抽巷。

參考文獻

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