沿空留巷圍巖變形特征與控制技術研究

李鵬偉

【摘 要】 沿空留巷受兩次工作面采動影響，巷道變形量大，為了研究沿空巷道圍巖變形規律和控制技術，本文采用FLAC3D模擬上煤層回采后，本煤層一次回采巷旁充填、二次回采時應力位移變化情況。由模擬可知，伴隨回采工作面的推移以及構筑巷旁充填體，工作面后方覆巖逐漸垮落，距后方100m后，上覆巖層基本穩定。采用錨網索支護和注漿加固提高沿空巷道承載能力，通過監測圍巖變形量可知，支護取得了良好效果，能為類似條件下沿空留巷圍巖控制技術提供借鑒。

【關鍵詞】 沿空留巷;礦壓顯現;圍巖變形;巷旁充填;圍巖控制

【中圖分類號】 TD324 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）01-0001-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

沿空留巷是煤礦實現無煤柱開采的重要手段。但是由于沿空留巷在工作面后方，受兩次工作面采動影響引起的礦壓顯現要比用煤柱保護引起的礦壓顯現強烈得多，巷道圍巖所處的應力環境更復雜，巷道維護時比較困難。國內外眾多學者對沿空留巷技術也進行了大量的研究，提出“加強支護”和“開采方法避壓”來提高沿空巷道的圍巖強度，但目前還存在如巷道變形難以控制、充填工藝與工作面的快速推進不匹配等問題。因此，如何合理地設計巷旁和巷內支護形式及參數確保沿空留巷的穩定性是該項技術的難點。本文以1204下材料巷為研究對象，通過模擬分析得到沿空巷道上覆巖層的運動規律，并采用錨網索支護和注漿加固提高沿空巷道的圍巖強度，保證巷道穩定性。

1工作面概況

中興煤業1204下工作面位于一采區左翼，煤層底板標高+738—+792m，對應的地表標高+1190m—+1305m。回采工作面開采煤層為2#下，上距2#層3m左右，煤厚1.75-2.25m，傾角3°～18°，平均12°。

2沿空留巷圍巖變形特征

2.1模擬方案

采用FLAC3D模擬上煤層回采后，本煤層一次回采巷旁充填、二次回采等過程中應力分布、位移變化等情況根據1204下工作材料巷面地質條件，建立380m×464m×45m的力學模型，頂底板巖性材料參數如表1所示，在模型表明施加5.5MPa垂直方向應力，側壓系數為1。

2.2模擬結果分析

2.2.1沿空留巷圍巖變形特征

采用FLAC3D模擬得到前支承壓力對1204下材料巷圍巖穩定性的影響，如圖1所示。

由圖1可知，1204下工作面在Y=60m、采面前方支承壓力峰值位于采面前方Y=73m處，在開采引起支承壓力影響下，1204下材料巷周圍應力明顯增大，巷道頂板下沉（垂向位移）、兩幫收斂量（水平位移）顯著增加。

采用FLAC3D對回采面開采后采空區覆巖移動對1204下材料巷圍巖穩定性進行分析，具體結果見圖2。

由圖2可知，1204下材料巷周圍應力不斷增大，在距工作面100m左右應力穩定。采用的高水速凝材料作為充填材料，具有較快的增阻速度，在接頂情況較好的時候，充填體支撐強度可以迅速增大至10MPa左右，且當上方覆巖壓力加大時，充填體在橫向、豎向方向均會發生一定變形，產生卸壓效果，充填體的支承壓力始終保持在11MPa左右。巷道變形主要是頂底板移近量較大，主要原因是破碎頂板下沉較為嚴重，其中的底鼓量相對較少。

2.2.2二次采動期間沿空留巷圍巖變形特征

沿空留巷主要為下區段工作面生產服務，所留設的巷道必須可以滿足下區段工作面通風、生產需求。所以，所留巷道在下區段工作面回采時仍然要保證良好的穩定性。采用FLAC3D對下區段1204下工作面回采引起的支承壓力分布及沿空留巷圍巖應力、變形情況進行分析，具體結果見圖3。

由圖3知，1204下工作面回采后引起的采面支承壓力峰值位于采面煤壁前方約14m處，應力峰值為原巖應力的3.1倍。充填體內部支承阻力最大，約為12MPa。在上區段回采工作面采動、本工作面采動壓力的雙重作用之下，沿空留巷巷道圍巖破碎程度加劇，靠巷旁充填體一側的頂板下沉量達到320mm，底鼓量達到260mm，巷旁高水材料充填體水平位移量約300mm，煤幫側水平位移量約400mm，變形量增大。巷道周圍出現大面積的拉剪破壞，應力向深部發生轉移。

在1204下工作面支承壓力峰值位置處于采面段沿空留巷巷道圍巖破碎，特別是薄層頂板處，需要加強支護。同樣，在工作面前方充填體的變形量也存在變化率由大到小的過程，特別是采面開采引起的支承壓力之前變形量及變化率較小;但是在工作面后方，隨著二次回采推進，距離工作面越遠，變形量逐漸變大，直至完全破壞。

3沿空留巷圍巖控制技術

3.1錨網索支護

1204下材料巷頂幫采用錨網索支護的方式，根據工作面地質條件和頂板完整性，分別確定回采巷道錨桿、錨網、錨索支護的參數，如表2所示。

為了提高錨桿支護后所形成承載結構的穩定性，需要在1204下材料巷錨桿之間采用鋼筋梯子梁（Φ14mm圓鋼焊制）連接，提高支護結構的強度。

3.2注漿加固

1204下材料巷采用注漿加固，提高煤柱穩定性。采用注漿錨桿施工，將注漿孔與錨桿合二為一。選用QB152型便攜式注漿泵，注漿液采用高水速凝材料。

根據1204下材料巷圍巖的性質，布置方式為“2-1”五花形，每個注漿循環施工3個注漿孔，具體注漿參數表3。

注漿開始時緩慢增加壓力，正常注漿壓力為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。通過觀測圍巖位移確定最佳注漿時機。當巷幫水平位移量在28mm左右時，煤柱內塑形破壞區范圍深度約為1.4m，為最佳注漿時機。此時注漿漿液有效擴散半徑可以達到2.2m左右。

4支護效果檢驗

1204下材料巷采用錨網索支護和注漿后，對圍巖變形進行監測，從而判定巷道支護效果。具體1204下材料巷頂板、巷幫位移量見圖4。

由圖4可知，1204下材料巷采用錨網索支護和注漿加固后，巷道圍巖變形量得到有效的控制。在觀測的120d時間范圍內，1204下材料巷頂板、巷幫總的變形量分別為27mm、34mm，巷道圍巖變形在安全范圍內，表明采用的支護手段提升了巷道的承載能力及強度，為巷道的安全掘進提供了良好的條件。

5結論

以1204下材料巷為研究對象，采用FLAC3D模擬上煤層回采后，本煤層中一次回采巷旁充填、二次回采等過程中應力分布、位移變化等情況。在超前支承壓力的影響下，1204下材料巷頂板和實體煤幫位移較大;隨著采面的推進、巷旁支護體的構筑，采空區上覆巖層垮落下沉，距工作面后方100m以后，上覆巖層基本穩定。在鄰近工作面回采期間，所留巷道受到鄰近工作面超前支承壓力的影響，沿空留巷圍巖破碎程度加劇，變形量增大，靠巷旁支護體一側的頂板下沉量達到320mm，底鼓量達到260mm，巷旁充填體水平位移達到300mm，煤幫水平位移達400mm。

本文采用錨網索支護和注漿加固控制1204下材料巷圍巖變形，分別設計了錨網索支護和注漿參數。通過設置監測點監測巷道圍巖變形量驗證支護效果，根據監測結果可知，支護后1204下材料巷圍巖平均最大變形量為0.02m，保證了巷道使用安全。

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