煤層群沿斷層回采巷道破壞機理及控制技術研究

續盛磊

（汾西礦業集團安全管理部，山西 介休 032000）

井巷設計作業會受到的地層地質情況，以及開礦布局情況的約束，而如果煤礦開采區域存在斷層，在實際斷層影響下周圍煤巖初始應力場將會遭受影響，與周圍常規應力場相比會存在一定差異，影響支護作業，而針對相關內容的研究有限，這會對煤礦開采作業造成不良影響，因此，要依據實際情況，做好相應研究作業，做好施工現場支護設計，保證開采順利進行。

1 煤礦工程概況

1.1 煤礦所在區域的地質情況

某煤礦的8284 工作面處于西七采區，通過對煤礦區域的煤層情況進行分析可以發現，該區域煤層結構十分簡單，煤層的平均厚度約為4.85 m，最大厚度約為5.28 m，最小厚度為3.86 m，傾斜角度約為16.5°，工作面標平均值為462.5 m，最大標高值為-508.1 m，最小標高值為-414.5 m。本次研究的巷道為8284 工作面溜子道，通過對8284 工作面周圍情況進行分析可以發現，其上部為7204 工作面，該工作面是一個采空區，而且兩個工作面之間相互重疊。針對采煤工作面所在區域情況進行分析可以發現，在工作面北部段煤柱為不規則煤柱，煤柱寬度主要集中在18～104 m 之間。

1.2 8284 工作面巷道圍巖變形特點

8284 溜子道上部為7204 工作采空區，整個區域面積較大，煤礦資源豐富，整體開采難度大，因此，工作回采結束時間需要的時間較長，通過對該區域的覆巖運動情況進行分析可以發現，覆巖運動已經處于相對穩定狀態。

8284 工作面巷道在進行掘進期間，受開采應力影響，礦壓較為緩和。但是，通過對煤礦開采的實際情況來看，受采動和斷層構造等各項因素影響，8284 溜子道掘進施工期間，局部巷道礦壓將會呈現出了各種異常情況，主要體現在以下幾個方面：

1）掘進期間局部巷道礦壓顯示顯著。

2）肩角部位遭受澡后破壞，在掘巷穩定期后25 d，區域內仍然發生了多次礦震，區域內穩定性將會遭受破壞，這會對后期煤礦開采作業造成不良影響。此外，巷道局部左肩側角擠壓情況十分嚴重，而且網片出現了撕裂情況，受礦震影響，會向巷內竄煤現象[1]。

3）支護時機選擇對于支護效果會造成較大影響。巷道掘進前期，具體掘進作業要依據原有參數開展。在煤礦具體開采期間，為了實現對圍巖變形情況的合理控制，應當在原設計基礎上，在近斷層側設置肩角短錨索和巷幫，同時，在原掘進支護巷幫處，采用相同錨索進行補打[2]。煤礦開采過程中，相關工作人員對煤礦開采現場具體情況進行分析可以發現，雖然開采中涉及的各項支護參數都一致，但針對相同巷道來說，在相同時間掘出時間內，支護滯后巷幫短錨索在應用期間，取得的支護效果較為顯著。

2 8284工作面巷道變形破壞機制

2.1 斷層構造引起高靜壓力和承載不均勻

8284 工作面下段區煤柱與M217 斷層相互作用，形成了一個高靜壓區，對該壓力區8#—10#測點范圍內的段煤柱情況進行測量，區域內的煤寬度主要集中在10～26 m 之間，各個煤柱都為高應力煤柱。通過對煤礦區域情況進行分析可以發現，雖然8284 溜子道與7204 溜子道在分布上呈現出了重疊方式，但是由于存在M217 斷層，這將會導致采煤區間內巖層失去重疊布置巷道的應力弱化作用。除此之外，開展采煤作業時，會引起斷層護面滑移和活化情況，這將會導致采礦區域內巷道近斷層側礦壓會顯現劇烈，該區域內存在高靜壓力。

2.2 動荷載造成的不良影響

通過對8284 工作面情況進行分析可以發現，覆巖變形一側為實體，另一側則相鄰工作面則為弧形三角板，將該結構被命名為E 覆巖空間結構，該結構采空區覆巖會對下一步工作面掘進作業造成不良影響。進行開展掘進過程中會對周圍巖石的應力情況造成影響，會重新分布應力，這會致使采空區內的圍巖結構由于受力問題而發生失穩，最終會發生回轉變形，形成鉸接結構，而由于失穩而形成的動荷載，將會反作用于與巷道，從而降低巷道在開采時的穩定性，可能會引發事故[3]。此外，由于存在斷層，并且在斷層間交叉咬合，這提高了覆巖結構在后續掘進期間失穩發生概率。

2.3 構造應力疊加采動應力

監測礦壓情況，在8#前10 m 至10#點前25 m范圍內的M217 斷層遠離巷道，在原支護條件下斷層相距巷道12～14 m 范圍內，斷層附加應力場對于巷道支護會造成較大影響。通過分析可以發現，引起該現象的原因就是小保護煤柱松散破碎，區域內出現了嚴重裂隙情況，難以形成具有較高的應力承載體。而對于留大區段保護煤柱，受采動和構造作用疊加影響，會導致煤柱應力會集中分布到煤柱兩側，而巷道兩側受到構造應力疊加的作用影響相對較小[4]。但是，區域內較大煤柱會導致構造應力和采動應力相互疊加，在煤柱上會形成更高應力峰值，受力的作用影響，會導致大量破碎煤體都進入到巷道內，形成網片撕裂，從而致使巷道內出現大量竄煤，這將會對后續開采作業開展造成不良影響，需要引起相關工作人員的重視。

3 控制8284 工作面回采巷道圍巖的合理措施

原有設計采取一體化方式進行支護，在實際設計期間并未充分由于斷層影響的特殊地質構造，以及采動下巷道出現的耦合支護和非對稱變形特點，這也就導致圍巖壓力和支護強度之間會呈現出相互不匹配現象，巷道在煤礦具體開采期間，巷道圍巖局部肩腳區域過去出現失穩現象和大收斂都會引起巷道整體結構發生失穩問題，情況嚴重時會導致巷道發生坍塌，如圖1 所示。

因此，為了實現對巷道圍巖變形情況的合理控制，相關工作人員需要從實際情況入手，對巷道變形失穩機制進行全面分析，在對原巷道情況進行全面分析基礎上，對巷道支護采取的方式進行適當改進，從而提出符合需求的煤層群開采方案，如果在工作面沿斷層出布置較大區段煤柱，為了保證后續開采作業順利進行，要在對巷道情況進行分析基礎上，完成相應支護作業，避免進行開采時發生安全事故。

3.1 控制巷道頂板圍巖

針對超前支撐影響范圍內，或者與工作煤壁相距較近時，通常會補充π 型梁或單體柱，針對回采巷道局部出現的冒頂情況，需要及時封頂，避免冒落區范圍擴大，通常針對回采巷道局部冒頂，可以通過錨噴方式完成支護。

3.2 巷幫短錨索

斷層面會限制煤礦開采中造成的短柱應力向下盤傳遞，從而轉向到近斷層巷幫煤柱，這會加大煤柱承受的靜載應力，煤柱的具體受力情況會受到斷層構造應力、采動應力的影響，導致局部受力復雜，針對這一現象，應當在原支護上提升近斷層巷幫煤柱承載性能，采取短錨索+煤柱整體方式，提高整個結構抵抗變形能力[5]。

3.3 補強薄弱部位支護

在原支護參數下，斷層影響區域內錨索、錨桿長度布置，這將會致使錨固端位于圍巖松動和穩定區域的判定相對較為模糊，而且采用的錨桿軸力較大，處于極限承載狀態，對于肩腳區域進行分析可以確定，該區域為支護薄弱環節[6]。因此，應當在采用原錨索支護基礎上，適當延長采用的錨索、錨桿長度，同時，提高支護布置密度，通過上述處理方式，提高圍巖抵抗變形能力。

3.4 卸壓鉆孔

考慮到巷道在高應力區域，應對提高對洞圍巖自承載性能的重視，保證最終建設支護能夠滿足應用需求。采取鉆孔卸壓方式處理，可以在巷道內形成塌孔，而針對巷道深部區域來說，在處理上可以通過對影響較小原巖區域和支護小結構進行應用，在區域內形成強弱強結構，保證巷道整體穩定性。

4 結語

煤礦開采過程中，要提高對煤層群沿斷層回采巷道破壞機理和控制的分析，確保巷道穩定性，保證整個開采作業順利進行，以免由于巷道坍塌問題，而引發安全事故。