深部巷道間巖柱荷載研究及合理間距確定

周慧忠 韋 一 袁慧敏

（1.山東東山新驛煤礦有限公司，山東 濟寧 272116；2.山東省煤炭技術服務有限公司，山東 濟南 250022；3.山東鼎安檢測技術有限公司，山東 濟南 250022）

東山新驛煤礦設計一水平回風石門巷道和軌道石門巷道之間間距留設寬度為60m。為了掌握回風石門和軌道石門在掘進期間表面及深部位移變形情況，分析引起巷道圍巖變形破壞的原因，確定深部巷道間的合理間距[1-2]，通過現場工業性試驗進一步驗證理論力學計算得出的結論與數值模擬研究的準確性[3]，從而為今后類似巷道間距的留設研究提供一定的建議和經驗，從2014年8月開始到2014年12月，對回風石門巷道和軌道石門巷道的移近量和移近速度進行觀測研究。

1 工程地質概況

8采區位于中西部(中央區第10～19勘探線之間)，采區的西側為83采區。北至SDF259、SDF262、SDF264斷層上盤及F9斷層上盤；南至SDFl9斷層下盤及19勘查線；西至SDF8斷層下盤及保護煤柱(-1030m)；東至Fl、DFl9斷層下盤(回采上線-530m)。南北長約4900m，東西寬約0～3124m，面積約7.86km2。該采區回風石門巷道和軌道石門巷道位于一水平-960m處，巖性為泥巖、粉細砂巖、泥巖以及薄層碳質泥巖等，水文地質條件相對簡單，在構造發育處頂板會有淋水現象，初期較大，隨著時間推移逐漸變小。回風石門巷道和軌道石門巷道頂底板巖體強度低，裂隙較發育，完整性不好，總體穩定性差，屬于軟巖巷道。

2 觀測方案

2.1 巷道表面位移監測

通過布置在巷道中的測點來及時監測巷道的表面位移，從而掌握巷道圍巖的變形破壞情況，從數據分析中得出巷道圍巖變形的規律，為類似巷道間合理間距的確定提供一定的參考依據[4-5]。

2.1.1 巷道表面位移觀測點布置

回風石門巷道圍巖變形破壞情況觀測點布置，如圖1。在巷道頂、底板及兩幫布置移近量觀測點。基點位于迎頭后方10m處，每隔10m布置一組測站，共設4個測站，用l、2、3、4表示。測點的布置要選在巷道頂底板及兩幫圍巖完整的地方，方便于觀測采集數據。測點布置時，頂底板測點所選擇的基點分別布置在便于采集數據的地點，如錨桿的端頭，鐵釬。巷道頂底板及兩幫距離的觀測通過采用鋼卷尺來測量出巷道頂底板的高度及兩幫的寬度，并及時做好記錄。

圖1 巷道表面位移測站布置圖

2.1.2 頂底板及兩幫表面位移分析

圖2 1號表面位移曲線

圖3 2號表面位移曲線

圖4 3號表面位移曲線

圖5 4號表面位移曲線

圖2～圖5為回風石門巷道頂底板移近量和幫部移近量與巷道掘進面進尺距離關系曲線。由觀測數據和曲線圖可知，隨巷道掘進推進，巷道頂底板移近量及幫部移近量逐漸增加，當巷道剛開始掘進到測點距迎頭50～80m時，巷道頂底板和幫部變形速率比較大。一號測點頂底板最大變形速率達到11.25mm/d，幫部最大變形速率達到1.1mm/d。說明由于巷道掘進引起圍巖的劇烈變形。到迎頭距測點100～150m時，巷道變形速率明顯減緩。說明隨著掘進面推進，巷道頂底板和幫部的移近速率是逐漸變小的，在測點位置的巷道圍巖已經趨于穩定。l號測站的巷道頂底板總的移近量為70mm，幫部總的移近量為60mm，2號測站的巷道總的位移量為65mm，幫部的總位移量為60mm，1號測點的布置和4號測點的布置相距30m，隨著掘進的推進所在位置距迎頭距離越遠，巷道圍巖變形量逐漸減緩。測點位置距迎頭距離50～80m時，巷道的頂底板最大變形速率為1.2mm/d，幫部最大變形速率為1.1mm/d，測點所在位置巷道圍巖已趨于穩定。根據觀測可知巷道的圍巖變形量比較緩和，說明巷道間的距離留設比較合理。

2.2 巷道深部位移觀測

2.2.1 測站、測點布置

巷道中布置1個測站，3個測點，分別位于巷道斷面兩幫和頂部，對巷道深部位移進行觀測。

2.2.2 巷道深部位移變形分析

圖6 深部位移頂部測點變形曲線

圖7 深部位移左幫測點變形曲線

圖8 深部位移右幫測點變形曲線

圖6～圖8為回風石門巷道兩幫深部位移關系曲線，由觀測數據和曲線圖可知，隨著巷道掘進進尺增加，回風石門兩幫的移近量逐漸增加，測點距迎頭距離180～200m時，巷道的兩幫移近量變化速率趨于穩定，當測點距迎頭100m之內時，兩幫的變形速率最大，當測點距迎頭距離超過150m時，回風石門巷道兩幫變形量明顯減小，變形速率也趨于穩定。lm位置幫部的移近速率明顯大于其他位置，受水平應力的作用，巷道變形位移量由外而內逐漸增大，左幫位移變化量大于右幫，lm位置處的最大位移變化速率為1.1mm/d，2m位置處的最大位移變化速率為0.954mm/d，3m位置處的最大位移變化速率為0.7mm/d，4m位置處的最大位移變化速率為0.65mm/d，6m位置處的最大位移變化速率為0.4mm/d，8m位置處的最大位移變化速率為0.35mm/d。頂板位移變化量由下往上逐漸增大，1m位置處的最大位移變化速率為1.1mm/d，2m位置處的最大位移變化速率為0.9mm/d，3m位置處的最大位移變化速率為0.6mm/d，4m位置處的最大位移變化速率為0.58mm/d，6m位置處的最大位移變化速率為0.4mm/d，8m位置處的最大位移變化速率為0.35mm/d。由上述數據分析可得知，巷道兩幫的收斂變化量由外及里幫部移近速率逐漸減小，而頂板位移變化量由下往上逐漸增大。則由頂板及兩幫巷道深部位移變化量得知，巷道的圍巖比較穩定，說明巷道的間距留設較為合理。

3 結論

（1）通過對回風石門巷道共計240m的現場測試及數據分析可知，巷道間距留設60m較為合理，能維持巷道的穩定，本礦井深部圍巖巷道的變形能夠得到控制。

（2）隨著掘進進尺的增加，迎頭后方50～80m范圍巷道的變形較為劇烈，移近變形速率較為明顯，距離迎頭后方150m以外的距離巷道圍巖變形量趨于穩定，圍巖應力逐步得到了釋放。

（3）深部巷道圍巖進入塑性區破壞，由于巖石出現更加明顯的蠕變和流變特征，其中破壞比較嚴重的地方為底板和幫肩部分，應該加強改善圍巖的受力狀態，及時修整受到破壞的部分，加強易破壞地方的支護。