回采工作面三巷布置留巷圍巖變形及支護技術

摘 要：針對煤礦回采工作面采用一面三巷布置回采期間受采動影響時留巷圍巖變形分布與變形規律，提出合理的支護建議，并在后期進行礦壓規律分析與總結，對同等條件下受采動影響巷道二次加固方案提供理論依據。

關鍵詞：留巷；圍巖變形；礦壓觀測；礦壓顯現；綜采

目前綜采工作面一面三巷布置在國內煤礦廣泛應用，其中留巷圍巖應力、變形分布與原巖應力、圍巖力學性質、圍巖結構與回采工作面的空間和時間關系等因素密切相關。現針對色連二號煤礦12309工作面留巷在工作面回采期間進行一系列礦壓觀測，通過觀測分析判斷巷道動壓影響、圍巖變形規律，提出合理的二次支護技術，并進行井下實驗，評價支護效果，并提出合理的留巷支護原則與建議。

1 工程概況及地質情況

鄂爾多斯市中北煤化工有限公司色連二礦位于內蒙古鄂爾多斯市東勝區以西13km處，礦區范圍38.3231km2。礦井開采侏羅系煤層，共有煤炭資源儲量596850kt，設計可采儲量345575kt，礦井初期設計規模為400萬噸/年，礦井現開采31煤層。12309工作面作為31煤層首采面，工作面采用一面三巷布置，（即工作面回風順槽、工作面膠帶順槽和工作面輔運順槽）。

12309工作面位于礦井一水平、二盤區。工作面走向長240m，傾斜長2804m，該面采用三巷布置，其中12309輔運順槽與膠運順槽間距20m。該面31煤層底板距其上22中煤層底板間距為20.78～29.87m，、距其下31下煤層底板間距為25.97～39.89m。工作面31煤層厚度變化較大，東部及中部煤厚正常在1.61.8m；西部靠近切眼處煤層較厚，在1.962.88m。本工作面31煤層多不含夾矸，在切眼附近局部含1層0.14m砂質泥巖夾矸，直接頂板為砂質泥巖，厚度1.0m，有時為細砂巖。老頂為中砂巖，灰白色，膠結差，遇水砂化，平均厚7m；直接底為砂質泥巖，灰色，裂隙發育，有時含13層煤線，平均厚3m。工作面水文地質條件中等復雜，主要充水因素為侏羅系中下統煤系地層特別是31煤層頂、底板砂巖水、鉆孔水及斷層水。上部侏羅系中統、白堊系及第四系含水層為間接充水含水層。

2 輔運順槽掘進期間支護方式及礦壓顯現特征

掘巷期間12209輔運順槽頂板采用4.8m長的W型鋼帶，10#菱形金屬網和6根Φ20×2500mm螺紋鋼錨桿支護，頂板錨桿間排距880×800mm；無構造帶區域，頂板錨索采用“40”布置，構造帶及硐室區域頂板錨索采用“440”布置，錨索規格Φ17.8×7300mm；巷幫采用H型梯子梁，10#菱形金屬網和4根Φ20×2500mm螺紋鋼錨桿支護，巷幫錨桿間排距750×800mm。

在掘進期間內，31煤層工作面頂底板移近量一般為20～50mm，兩幫移近量一般為10～20mm，雖然深部巖層沒有明顯離層現象，但頂板淺部巖層離層量最大達到20mm以上，頂板錨索載荷增加值一般為20～70KN，頂板錨桿載荷增加值一般為10～80KN，巷幫錨桿載荷增加值一般為5～30KN，說明31煤層實體順槽礦壓顯現程度較為明顯。

3 工作面回采期間巷道加固方式及礦壓觀測

3.1 工作面回采期間輔運順槽加固方式

由于12309輔運順槽與12309膠運順槽間距20m，在12309工作面回采過程中，12309輔運順槽將會受到12309工作面采動超前支承壓力和側向殘余支承壓力的雙重影響，從而造成12309輔運順槽長期處于復雜應力環境中，特別在工作面回采動壓影響期間12309輔運順槽礦壓顯現劇烈，超前12309工作面回采距離采取以下主動加固方案：

頂板原支護錨索采用4眼槽鋼梁組合布置區段：沿巷道頂板中部及左右兩側各加補一排走向槽鋼組合錨索，補打的走向錨索兩槽鋼梁端頭間距300mm，兩槽鋼梁端頭錨索間距700mm，同一槽鋼梁上錨索間距1300mm，槽鋼梁長3m，錨索規格Φ21.6×8300mm。

3.2 觀測站布置及觀測方法

為了監測12309輔運順槽受工作面采動影響時，巷道圍巖的礦壓顯現規律及巷道加固工程的支護效果，觀測內容應圍繞巷道受采動影響時煤體應力、頂板圍巖的破壞狀況及巷道圍巖表面位移開展，監測的核心是12309工作面輔運順槽與膠運順槽之間聯絡巷不同位置煤體應力。

（1） 煤體應力觀測方法

煤體應力采用GYW25圍巖應力傳感器觀測。圍巖應力傳感器2小時自動記錄對應時刻圍巖應力數據，圍巖應力數據采集采用紅外感圍巖應力采集器定期采集通過數據錄入軟件導入電腦。

煤體應力觀測站設置在距12309工作面切眼1250m聯巷位置，該聯巷長20m，在聯巷兩幫距底板約1.5m位置各安裝了8個圍巖應力傳感器，每個圍巖應力傳感器安裝鉆孔相鄰間距2m。

（2） 巷道圍巖表面位移觀測站布置及觀測方法

巷道圍巖表面位移采用“十字”布點法設置，從12309輔運順槽開切眼位置開始，在輔運順槽內每隔50m設置一組測點。頂板測點布置在頂板中部錨桿頭上，底板鉛垂布置在底板設置的鐵釘上；兩幫測點分別布置在兩幫中部錨桿頭上。觀測時頂底板移近量采用鋼卷尺或塔尺測量巷道頂部中部錨桿頭到底板鐵釘距離；兩幫移近量采用鋼卷尺或塔尺測量巷道兩幫中部錨桿頭之間距離

3.3 礦壓觀測結果分析

（1） 輔運順槽圍巖表面位移觀測結果分析

為了掌握12309輔運順槽受12309工作面采動影響程度及圍巖的變形規律，從12309輔運順槽開切眼位置開始，在輔運順槽選取3個巷道圍巖表面位移觀測站。圖1～圖3分別為1#、10#、15#測點頂底板和兩幫圍巖變形隨工作面推進距離變化曲線。

由圖1可以看出，在工作面采過1#測點15m之前巷道圍巖呈現緩慢變形，當工作面采過測點15m后巷道圍巖變形顯著增加，當工作面采過則點220m后巷道圍巖變形減緩，當工作面采過測點510m后，巷道圍巖變形達到穩定狀態，在整個觀測過程中巷道頂底板和兩幫移近量分別為110mm和20mm。

由圖2可以看出，當工作面采過10#測點15m后巷道頂底板和兩幫移近量才開始出現變化，當工作面采過則點270m后巷道圍巖變形減緩，當工作面采過測點570m后，巷道圍巖變形達到穩定狀態，在整個觀測過程中巷道頂底板和兩幫移近量分別為120mm和60mm。

由圖3可以看出，當工作面采過15#測點15m后巷道頂底板和兩幫移近量才開始出現變化，當工作面采過則點280m后巷道圍巖變形減緩，當工作面采過測點460m后，巷道圍巖變形達到穩定狀態，在整個觀測過程中巷道頂底板和兩幫移近量分別為210mm和30mm。

由上述觀測結果可以看出，在動壓影響條件下，巷道圍巖變形具有如下特點：

a.12309輔運順槽巷道圍巖頂底變形量最大為300mm，兩邊變形量最大為60mm，說明在工作面采動支承壓力影響前主動加固巷道頂板能大幅降低巷道圍巖變形量。

b.12309輔運順槽圍巖變形受工作面采動影響主要為滯后影響，其中圍巖變形劇烈影響區為工作面采后15m～290m區段，之后巷道圍巖變形減緩，當工作面采后約500m后巷道圍巖變形就基本趨于相對穩定狀態。

（2） 輔運順槽聯絡巷煤體應力觀測結果分析。

在12309輔運順槽距切眼1245m聯巷位置共計設置了16個煤體應力測點，密閉墻打好后，為了掌握煤體應力的變化規律，現按煤體應力隨工作面推進距離變化來分析煤體應力的變化過程。圖4為不同階段煤體應力（附加應力）沿工作面側向分布變化曲線。

由煤體應力隨距工作面距離變化曲線及煤體應力隨時間變化曲線可以看出，色連二礦1煤層工作面回采后圍巖應力分布具有如下特點：

通過圖4可以看出，工作面采過聯巷205m后，距12309膠運6m～10m范圍內煤體應力變化較大，應力峰值位置距采空區邊緣距離為8m。

4 應用情況分析

12309工作面輔運順槽留巷通過超前采用Φ21.6×8300mm錨索配合槽鋼梁對頂板進行了主動加固措施，12309輔運順槽巷道圍巖頂底變形量最大為300mm，兩邊變形量最大為60mm，說明在工作面采動支承壓力影響前主動加固巷道頂板能大幅降低巷道圍巖變形量。巷道錨索受力較小，巷道安全系數較高。

參考文獻：

[1]李宇龍，丁國峰，馬海濤，馮建志.受鄰工作面采動影響的巷道加固研究與實踐[J].2013.7.

[2]許卓群，喬鵬聰.受工作面采動影響的下方膠運空巷二次加強支護[J].2011.

作者簡介：王歡（1990），男，漢族，內蒙古鄂爾多斯市達拉特旗人，2013年畢業于中國礦業大學采礦工程系，現為鄂爾多斯市中北煤化工有限公司生產技術部助理工程師，主要從事采煤技術管理工作。