深井沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

趙曉珂

（安徽理工大學能源與安全工程學院，安徽 淮南 232001；淮滬煤電公司丁集煤礦，安徽 淮南 232142）

1 工程概況

丁集煤礦某工作面埋深800～900 m，主采11-2煤，煤層厚度0.9～3.55 m，平均2.7 m。其運輸順槽長度約1 600 m，為實現(xiàn)工作面Y型通風，提高煤炭采出率，解決瓦斯超限等問題，運輸順槽采用沿空留巷。

運輸順槽沿11-2煤層頂板掘進，寬×高＝4.8 m×2.8 m。煤層頂板普遍發(fā)育11-3煤，11-3煤厚平均0.5 m，與11-2煤間距為0.5～7.8 m，平均為2.4 m；底板發(fā)育11-1煤，與11-2煤間距平均為2.6 m。煤層直接頂為泥巖，厚0.5～7.8 m，平均2.4 m；老頂為細砂巖，厚16.4～23.85 m，平均21 m。直接底為泥巖，平均厚2.6 m；老底為細砂巖，平均厚1.6 m。運輸順槽掘進期間，支護形式及參數(shù)如下：頂板施工7根Ф22-M24-2 800 mm錨桿，間排距750×800 mm；布置“4-4”形式Ф21.8-6 300 mm錨索，排距800 mm。幫部施工5根Ф22-M24-2 000 mm錨索，間排距650×800 mm。

工作面回采期間，超前工作面30 m對運輸順槽加強支護，即頂板補打Φ21.8×6 300 mm錨索，形成“5-4-5”布置形式；非回采側補打2道Φ21.8×5 200 mm錨索，分別距底板800 mm、1 500 m，每3排用錨索梁固定。

根據以往施工經驗并結合現(xiàn)場觀測，運輸順槽采用半原位沿空留巷，即充填墻體適當進入巷道內部，充填墻體寬度為3.0 m，騎入巷道的寬度定為800 mm，則初始留巷寬度為3 800 mm。墻體高度與巷道高度一致，即2.8 m。

為監(jiān)控沿空留巷效果及掌握沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，在距離開切眼256 m處布置了頂板錨桿托錨力監(jiān)測點，距離開切眼110 m處布置了實體煤幫應力監(jiān)測點。下面，對礦壓監(jiān)測結果進行詳細闡述。

2 錨桿托錨力監(jiān)測

在該測站選取了4根頂部錨桿進行托錨力的監(jiān)測，以距離工作面為基準，整理數(shù)據如圖1所示。由圖1可知，工作面向前推進到距離測站60 m期間，錨桿托錨力，即工作阻力增加較少，基本在1 t以內，并且增長趨勢緩慢。說明頂板巖層比較穩(wěn)定，并未受到工作面超前支承壓力的影響。

圖1 頂板錨桿托錨力變化曲線圖

圖2 非回采側幫部垂直應力分布圖

當工作面繼續(xù)向前推進，錨桿工作阻力增加趨勢明顯，并且增加速度越來越快，其中，頂板錨桿4#工作阻力最大增加到15 t。說明頂板巖層受到工作面超前支承壓力的影響比較顯著，也表明工作面超前支承壓力影響距離達到60 m。

當測站剛進入留巷階段時，即工作面后方0～30 m范圍內，錨桿工作阻力呈現(xiàn)上下波動的狀態(tài)，總體比較穩(wěn)定；工作面繼續(xù)推進后，即距離工作面30 m以上，工作阻力整體又呈現(xiàn)出上升的趨勢。表明巷道頂板淺部圍巖受到厚層直接頂垮落旋轉的影響，使錨桿對其約束作用進一步增強，保證其完整性。

3 巷道實體煤幫應力實測分析

由于水平壓力對巷道變形影響較小，因此在巷道實體煤側，即非回采側幫部的應力監(jiān)測主要針對垂直應力。利用Suffer軟件對所得的監(jiān)測數(shù)據進行處理，所得結果如圖2所示。由圖2中的數(shù)據可知，可根據圍巖的深度將非回采側幫部圍巖分為淺部圍巖和深部圍巖，即距離巷道表面3～10 m為淺部圍巖，距離巷道表面10～18 m為深部圍巖。二者的垂直應力分布規(guī)律有所區(qū)別，具體如下：①隨著工作面回采，距離測站105 m處時，非回采側幫部的深部圍巖應力開始顯現(xiàn)，工作面進一步推進，垂直應力增加明顯，到工作面后方5 m時，深部圍巖垂直應力達到最大，最大值為26.75 MPa。隨后，垂直應力開始突然下降。②當工作面推進到距離測站80 m處時，非回采側幫部的淺部圍巖垂直應力才開始逐漸增加，但增加速度明顯大于深部圍巖應力。當距離工作面20 m以后，淺部圍巖的垂直應力達到平衡的狀態(tài)，工作面繼續(xù)推進也無明顯變化。③深部圍巖的垂直應力在達到最大應力值26.75 MPa后，其應力峰值發(fā)生轉移，與淺部的垂直應力峰值重合，使淺部應力高峰區(qū)范圍向深部擴大，但峰值點仍然在6 m附近圍巖處。另外，12 m、9 m圍巖應力上升速度最大，到工作面后方90 m，峰值有向深部轉移至9～12 m的趨勢。

4 沿空留巷效果評價

丁集煤礦技術人員對運輸順槽沿空留巷的表面變形情況進行了日常觀測，當工作面推進到表面收斂測站時，巷道兩幫移近513 mm，頂?shù)装逡平?70 mm，其中，底鼓高達695 mm，頂?shù)装逡平渴莾蓭鸵平康?倍左右。當測站進入留巷階段后，至工作面后方190 m處，頂?shù)滓平窟_到1 586 mm，主要來自巷道底鼓，底鼓量為1 227 mm；兩幫移近量達到714 mm，主要來自非回采側幫部，其變形量達到694 mm，即充填墻體變形量僅為20 mm左右。沿空留巷頂板及巷道幫部整體形態(tài)較好，未出現(xiàn)嚴重破壞的情況。

在沿空留巷長度達到800 m時，斷面尺寸平均為寬×高＝3.5 m×2.0 m，斷面面積基本保持在6 m2以上，能夠保證工作面回風的正常進行，留巷內部瓦斯抽采孔也保證正常抽采。由于采用了Y型通風，工作面及端面上隅角瓦斯?jié)舛认噍^U型通風明顯降低，并且順槽的工作環(huán)境得到了明顯改善。長期的礦壓觀測表明，順槽頂板巖層保持了完整性，實體煤幫部并未出現(xiàn)嚴重破壞，充填墻體變形量很小，未向巷道內部發(fā)生明顯位移。巷道底鼓比較嚴重，這是由于未在底板進行加固處理，而是讓其作為礦壓的卸載出處，只需通過適當?shù)呐P底工作就能保證留巷的正常使用。

參考文獻：

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