彭永東

（內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

回采巷道開掘位置和時間分析

彭永東

（內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

為了得出回采巷道合理的開掘位置和時間，通過分析支承壓力分布情況，得出了煤體處于彈性狀態(tài)和煤體邊緣進入塑性狀態(tài)時回采巷道開掘位置和時間，以期對設(shè)計過程中沿空送巷和留巷有指導(dǎo)意義.

回采巷道 掘進位置 時間

回采工作面周圍巷道是回采工作面通風(fēng)、行人、運輸?shù)难屎?，又受回采工作引起的覆巖運動和支承壓力的作用，其維護狀況直接影響礦井正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益.根據(jù)礦山壓力分布及其顯現(xiàn)規(guī)律選擇回采工作面周圍巷道的合理位置，以達到盡可能減輕采動影響，改善巷道維護狀況的目的是當(dāng)前煤礦生產(chǎn)中面臨的主要問題之一.巷道礦壓控制實踐表明，要把回采工作面周圍巷道礦壓顯現(xiàn)控制在安全上可靠、技術(shù)上可能、經(jīng)濟上合理的程度，選擇巷道開掘的合理位置和時間非常重要.

1 采場支承壓力分布

國內(nèi)外學(xué)者和現(xiàn)場技術(shù)人員研究表明，當(dāng)煤體上支承壓力高峰值超過煤體單向抗壓強度時，煤體邊緣進入塑性破壞狀態(tài)，支承壓力高峰向煤體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，煤體邊緣一定范圍內(nèi)出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象.在這種狀態(tài)下，只要基本頂強度較高或厚度較大，運動時回采工作面有明顯影響，端部裂斷線深入煤壁前方，壓力分布就會隨基本頂巖層運動而明顯變化，在基本頂裂斷后形成內(nèi)外兩個應(yīng)力場，即出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力場的支承壓力分布形式.但如基本頂強度較低或厚度較小，則基本頂端部裂斷線將處于煤壁上方附近，顯著運動時對支承壓力分布和回采工作面礦壓有十分明顯的影響.由于煤體單向抗壓強度一般為10 MPa～16 MPa，最大變化范圍為5 MPa～50 MPa，因此，在我國目前開采深度通常為100m～600m的開采條件下，大部分回采工作面煤體邊緣進入了塑性狀態(tài)，但也有一些回采工作面的支承壓力峰值小于煤體單向抗壓強度，煤體邊緣始終處于彈性變形狀態(tài)，支承壓力分布形式不隨上覆巖層運動而變化，呈單調(diào)曲線，高峰在煤體邊緣上.

2 煤體處于彈性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間

2.1 煤體邊緣處于彈性狀態(tài)條件下的沿空留巷方案

煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下支承壓力分布和留巷的圍巖變形狀況，見圖1.其特點是：基本頂在煤體邊緣裂斷，由基本頂回轉(zhuǎn)下沉造成的頂板下沉量??；煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)，由煤體變形引起的巷道頂板下沉量小、幫壓??；支承壓力高峰在煤體邊緣，巷道底膨量小.因此，在無內(nèi)應(yīng)力場條件下沿空留巷維護一般是比較容易的，特別是在有相應(yīng)的支護手段時，應(yīng)積極采用沿空留巷.

圖1 煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下留巷的圍巖狀況

2.2 送巷開掘的位置和時間

在煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)的條件下，工作面兩側(cè)煤體上的支承壓力分布，如圖2所示.上區(qū)段工作面后方支承壓力高峰在煤體邊緣，下區(qū)段工作面前方疊加支承壓力高峰仍在煤體邊緣或進入煤體內(nèi)部.

圖2 煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下側(cè)向煤體上支承壓力分布

在煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下有三種可能送巷位置：沿空送巷（位置1）；小煤柱的送巷（位置2）；大煤柱送巷（位置3）.實踐表明，基本頂觸矸后沿空送巷是比較合理的.因為煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)，故送巷引起的圍巖變形較小.當(dāng)受本工作面回采影響時，如果煤體邊緣由于疊加支承壓力的作用進入塑性破壞狀態(tài)，巷道圍巖變形量會急劇增加.但支承壓力高峰要向煤體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，位置2的巷道將處于疊加支承壓力峰值區(qū)內(nèi)，勢必受到疊加壓力高峰影響，巷道圍巖同樣會進入塑性破壞狀態(tài)（巷道兩幫煤體處于單向受力狀態(tài)）、而且小煤柱可能失去穩(wěn)定性，因此巷道2的圍巖變形也會急劇增加.如果疊加支承壓力峰值不足以使煤體邊緣發(fā)生塑性破壞，則位置1的變形量不大，不必在位置2送巷.圖2中1、2的巷道圍巖變形主要是由本工作面回采時疊加支承壓力作用引起的，且位置1優(yōu)于位置2.

巷道位置3在原始應(yīng)力區(qū)中，只受超前支承壓力作用，巷道圍巖變形量最小.但煤柱損失大，且給下部煤層開采帶來不利影響，尤其是深部開采和開采有沖擊傾向性煤層更加不利.

3 煤體邊緣進入塑性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間

根據(jù)理論研究和現(xiàn)場實測結(jié)果，工作面后方兩側(cè)煤體上支承壓力分布隨覆巖運動發(fā)展的過程，如圖3所示.包括四個階段.該圖還表明，巷道開掘的位置和時間決定著巷道受頂板活動影響和支承壓力作用的過程和程度，以及巷道變形量和維護狀況.

圖3 巷道受采動影響的過程

3.1 沿空留巷方案

圖3（c）表明，由于煤體邊緣進入塑性破壞狀態(tài)，支承壓力高峰進入煤體內(nèi)部，基本頂巖梁從煤體內(nèi)部裂斷，因此，留巷的頂板下沉、底板膨起、兩幫移近都較大.沿空留巷在采空區(qū)頂板活動穩(wěn)定后將長期處于采空區(qū)邊緣的應(yīng)力降低區(qū)，只要巷道支護類型和支護方式得當(dāng)，即可達到改善巷道維護狀況的目的.

目前沿空留巷在薄煤層及厚度2 m以下的中厚煤層中應(yīng)用效果較好，對支護要求能夠基本適應(yīng)，推廣應(yīng)用面較廣；厚度為2.4～3.0m的煤層中已獲沿空留巷經(jīng)驗；沿空留巷在緩傾斜和急傾斜煤層中都可以應(yīng)用，但大多數(shù)礦井用于傾角小于20°左右的煤層，當(dāng)傾角較大時，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施防止支架滑倒及竄矸等現(xiàn)象；對中等垮落性和易垮落頂板都可應(yīng)用沿空留巷，但要根據(jù)具體情況選用不同的支護類型.

3.2 送巷的位置和時間

3.2.1 頂板運動和支承壓力分布對送巷的位置和時間的影響

圖3所示有內(nèi)應(yīng)力場條件下四種可能的送巷位置為：在內(nèi)應(yīng)力場中的沿空送巷（位置1）和小煤柱送巷（位置2）、在外應(yīng)力場中的煤柱護巷（位置3）以及原始應(yīng)力區(qū)的大煤柱送巷方案（位置4）.由于內(nèi)應(yīng)力場中的煤體已發(fā)生塑性破壞，處于卸壓狀態(tài)，因此內(nèi)應(yīng)力場中掘巷不會引起支承壓力分布和煤體力學(xué)狀態(tài)的明顯變化.從頂板活動和支承壓力分布發(fā)展過程來看，基本頂巖梁觸矸后（內(nèi)應(yīng)力場穩(wěn)定后）在內(nèi)應(yīng)力場中送巷，不僅可以避免由于基本頂顯著運動而產(chǎn)生很大的巷道頂板下沉，而且在覆巖穩(wěn)定和壓力疊加過程中內(nèi)應(yīng)力場的應(yīng)力上升較少，巷道受采動影響較小.在位置3送巷后，巷道兩幫煤體由三向受壓狀態(tài)變成單向受壓狀態(tài)，在支承壓力峰值區(qū)的作用下，巷道兩幫煤體必然要發(fā)生塑性破壞，送巷后即產(chǎn)生較大的圍巖變形.尤其是受本工作面采動影響時處于支承壓力峰值疊加區(qū)內(nèi)，巷道難以維護.在位置4送巷僅受超前支承壓力作用，維護狀況較好，但煤柱損失大.由上述分析，基本頂觸矸后在內(nèi)應(yīng)力場中送巷位置1和位置2是合理的.

基本頂巖梁觸矸是在內(nèi)應(yīng)力場中送巷受力和維護狀況比沿空留巷優(yōu)越的先決條件.若掘巷時基本頂巖梁尚未觸矸，即掘巷滯后回采工作面的距離過短，則在內(nèi)應(yīng)力場中送巷的受力和變形就與留巷差別不大了.可見，送巷的位置由內(nèi)應(yīng)力場的范圍決定，送巷的時間由基本頂運動的發(fā)展過程決定.在預(yù)測巖梁運動和支承壓力分布的基礎(chǔ)上，可以確定送巷的合理位置和時間.

3.2.2 不同送巷位置和時間時的礦壓顯現(xiàn)與護巷效果

內(nèi)應(yīng)力場穩(wěn)定后，在內(nèi)應(yīng)場中送巷時，巷道圍巖在應(yīng)力重新分布過程中會有明顯變形，但隨掘出的時間延長按負指數(shù)規(guī)律衰減，一般經(jīng)過10d左右變形速度就趨向穩(wěn)定.

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Extraction R oadway P rospected－to P osition and T ime

PENG Yong－dong
（Inner Mongolia M ine D esign I nstitute，H uh hot Inner Mongolia，010010）

In order to find out the reasonable extraction roadway prospected－to position and time，through the analysis of the abutment pressure distribution situation，the coal and coal in elastic plastic state edge extraction roadway prospected－to position and time，in order to design process and send lane along goaf is of guiding significance lane.

e xtraction roadway；t unneling position；time

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〔編輯 石白云〕

1674-0874(2010)04-0068-03

2010-04-15

彭永東（1976-），男，山西大同人，工程師，研究方向：采礦工程.