劉 澤

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦， 山西 古交 030205）

馬蘭礦近年來隨著產能增加，礦井采掘接續緊張格局日益突出，回采工作面順槽掘進期間就遭遇相鄰工作面回采動壓的影響，巷道支護難度極大，且此類巷道所占比例很高。例舉實例說明，南一下組煤采區18303 工作面皮帶巷，掘進期間受到相鄰18305 工作面回采采動作用，巷道經歷強烈動壓擾動，圍巖變形大，斷面收縮嚴重，無法滿足回采使用，經過反復維修才勉強推過。由于馬蘭礦南七采區10702 工作面和10704 工作面為相鄰工作面，當10702 工作面回采時，將會對10704 工作面軌道順槽掘進產生較大動壓影響，若巷道的支護方式與巷道實際情況不匹配時，將會出現巷道頂板圍巖破碎、底鼓、片幫等嚴重變形問題，當產生這些問題時需要被迫投入大量人力物力去維護巷道的完整性，因此從馬蘭礦10704 軌道的實際情況出發，有必要對該巷道的支護方式進行詳細研究。

1 地質概況

10704 工作面，位置處于大罷溝東部，孫家坡南部，宋家坡溝西部，張山圪垛北部。地表出露斷層以N2、Q2＋3、P2s2 為主，蓋山厚度401～468 m，平均428 m。井下位于南七采區左翼，切眼東北側為10313、10315、12313、12315 采空區，距10313 采空區最小間距36 m；軌道巷西北側間隔20 m 煤柱為10702 工作面正在回采。

2 動壓巷道受力與變形特征分析

2.1 動壓誘因分析

對于工作面采用傾斜長臂采煤法，當煤體未被開挖時，煤巖體處于原巖應力狀態，當煤體被開挖后，原巖應力狀態被破壞，應力重新分布，直至重新達到應力平衡，當工作面采空區頂板采用自由垮落法處理時，導致采空區上部頂板圍巖重量向附近煤體擴散，從而在工作面采空區周邊區域形成超前支承壓力帶，及在工作面前方、側方和后方分別形成超前動態支撐壓力，側向支承壓力和殘余支承壓力[1]。隨著工作面的不斷開采，這三種支撐壓力逐漸向工作面周邊轉移和擴散對臨近工作面產生擾動，這是形成動壓影響的主要原因，當工作面回采時會在煤柱上方產生較大的支承壓力，這種支承壓力會使煤體發生屈服和變形，最終導致煤體發生冒頂、底鼓和片幫等現象。

2.2 動壓巷道應力特征分析

由于馬蘭礦南七采區10702 工作面和10704 工作面為相鄰工作面，這兩個工作面煤柱間隔寬度20 m，當10702 工作面回采時，將會對10704 工作面軌道順槽掘進產生較大動壓影響，通過分析發現，10704 軌道順槽動壓影響的主要來源是相鄰10702工作面回采過程中對煤柱所產生的動態支承壓力作用[3]，采用有限元模擬軟件FLAC3D 對10704 面軌道巷掘進期間巷道圍巖的變形情況進行數值模擬，得出軌道順槽的圍巖變形特征，從而為優化10704軌道上的支護方式提供理論依據，本次數值模擬的核心為分析10702 面回采與10704 面掘進兩者之間的距離關系，從兩者相距較遠或互不影響到相距極近或影響嚴重，最后兩者又逐漸變遠影響減弱的這三個過程進行模擬。

模擬計算從10702 面開切眼位置開始，推進到15 m 位置時，假設10704 面軌道巷掘進到距其切眼位置75 m。10702 面工作面前方超前支承壓力分布特征（見圖1）。

圖1 工作面回采15 m 時超前支承壓力分布曲線

當10702 工作面開始回采至15 m 時，從圖1 中可以很直觀的看出10702 工作面的超前支承壓力分布情況，當峰值點與煤壁之間的距離約為6.5 m 時，超前支承壓力為20 MPa，也可以得出應力集中系數為2.56，隨著工作面推進，超前支承壓力逐漸變小。當距離煤壁50 m 時，超前支承壓力等于初始壓力，從而可以判定超前影響范圍約為50 m。

兩工作面相遇錯開60 m，煤柱及一側巷道應力分布曲線見圖2。

圖2 煤柱及一側巷道應力分布曲線

由于10702 工作面持續向前回采，此時10704工作面軌道產生滯后現象，從而與10702 工作面之間的距離逐漸變大。當兩者工作面間隔達到60 m時，煤柱的采空側應力峰值增大到40.1 MPa，此時10704 軌道巷左側應力峰值增大到15.9 MPa，受到臨近工作面采動作用的影響應力集中系數上升到2.03，由此說明在相鄰工作面不斷推進的過程中，尤其相遇之后，煤柱的采空側巖層一直處于動態變化加劇的過程，臨近的軌道巷也受到影響產生突發的應力增大現象。

上述類型巷道在開始掘進時并不會受到臨近工作面回采作用的影響，當與相鄰工作面回采相遇錯開之后，由于產生滯后開始受到臨近工作面回采動壓的影響。此時臨近工作面采空區上覆巖層形成結構動態變化明顯，巷道開始應力集中持續增大，巷道圍巖變形不斷發生，且長時間處于增長趨勢。隨著采空區上覆巖層結構穩定，巷道變形呈平穩狀態，但達到這個階段需要較長時間，因其受到眾多復雜因素，沒有確切和固定的時間表，設計巷道支護形式與參數，這是最為重要的考慮因素。

3 巷道支護方式

南七采區10704 工作面軌道巷掘進斷面為寬4.5 m，高2.5 m，面積為11.25 m2的矩形。采用高預應力樹脂全長錨固錨桿錨索組合支護，使巷道沿02 號煤層跟頂跟底掘進。頂板使用“Φ22 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿加W 鋼帶加錨索加金屬菱形網”聯合支護方式，錨桿間排距1 000 mm×1 000 mm；每排2 根錨索且間距2.0 m，排距2.0 m；頂錨索采用19 股直徑為Φ22 mm，長5.3 m 的高強度低松弛預應力鋼絞線；兩幫使用“三排Φ22 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿加W 托盤加錨索加金屬菱形網”聯合支護方式，錨桿間排距800 mm×1 000 mm，距頂板0.4 m 處按矩形裝置上排幫錨桿（見圖3）。

圖3 巷道支護方式（mm）

通過采取該支護方式，南七采區10704 軌道巷掘進期間，未出現過大的巷道變形，同時頂板下沉量并不大。而且從總體來看，巷道的變形量主要集中在掘進工作面50 m 范圍內，超過此范圍，巷道的變形量趨于穩定。

4 結論

1）通過分析相鄰工作面造成動壓影響的主要原因是由超前動態支撐壓力，側向支承壓力和殘余支承壓力三種支撐壓力逐漸向工作面周邊轉移和擴散對臨近工作面產生擾動。

2）通過從兩者相距較遠或互不影響到相距極近或影響嚴重，最后兩者又逐漸變遠影響減弱的這三個過程進行模擬，研究表明超前影響范圍約為50 m。