李傳明

(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院, 安徽淮南市 232001)

沿空留巷工作面上順槽圍巖活動規(guī)律研究

李傳明

(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院, 安徽淮南市 232001)

通過巷道表面位移觀測、頂板離層觀測等礦壓觀測手段,分別對沿空留巷工作面前方巷道和工作面后方尾巷圍巖礦壓顯現(xiàn)特征進行觀測,進而分析巷道圍巖礦壓活動規(guī)律,得出工作面上順槽留巷前后巷道圍巖變形規(guī)律的異同,對生產(chǎn)實踐有一定指導(dǎo)與借鑒意義。

沿空留巷;巷道圍巖;變形規(guī)律

0 前 言

沿空留巷是煤礦開采技術(shù)的一項重大改革,它對提高煤炭回收率,降低掘進率,緩解采掘接替的緊張狀況,提高礦井的經(jīng)濟效益都有著十分重要的意義。我國學(xué)者針對沿空留巷技術(shù)進行了一系列的基礎(chǔ)研究工作,取得了諸多進展。相對于普通開采方式,沿空留巷開采全過程的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律有其顯著特點。

有觀點認為,在沿空留巷工作面頂板進入周期垮落循環(huán)后,因受采場邊界煤體的支承作用,經(jīng)常在采空區(qū)邊界上方形成不整齊的懸臂式頂板殘留邊界。根據(jù)頂板巖層的分布狀態(tài),可將采空區(qū)邊界附近的巖層分為垮落區(qū)、錯動離層區(qū)、二次破斷區(qū)、微破裂區(qū) 4個區(qū)域。頂板在采空區(qū)邊界處的斷裂位置及巷道所處的位置隨煤體的強度不同而發(fā)生相應(yīng)變化,進而影響巷道的礦壓顯現(xiàn)及穩(wěn)定性。

也有觀點將沿空留巷的巷道頂板運動按時間劃分為前期活動、過渡期活動和后期活動 3個時期。該觀點還認為,因為有老頂“大結(jié)構(gòu)”的存在,有效的保護了巷內(nèi)支架免受上覆巖層自重應(yīng)力的作用?！按蠼Y(jié)構(gòu)”的形態(tài)與采高、直接頂厚度、老頂下位巖層的性質(zhì)有關(guān)。巷內(nèi)支架和巷旁充填體不能改變老頂“大結(jié)構(gòu)”的形態(tài)。因為巷內(nèi)支架和巷旁支護不能改變頂板巖層過渡期活動時頂板的下沉量,也不能約束頂板巖層后期活動而引起的平行下沉,所以巷內(nèi)支架只需保持直接頂?shù)耐暾团c老頂?shù)木o貼。

本文擬通過對試驗巷道的礦壓觀測,分析沿空留巷工作面巷道圍巖活動規(guī)律,增加對沿空留巷工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的進一步認識。

1 工作面概況

實驗工作面采用沿空留巷,Y型通風(fēng)方式,為單一走向長壁、區(qū)內(nèi)后退式綜合機械化采煤。一次采全高,采高為 2.8 m。工作面軌道順槽用于進風(fēng)及輔助運輸,采用混凝土膏體材料充填沿空留巷,其余采空區(qū)頂板為自然垮落法管理。

該工作面所采煤層大部分由一寬緩的背斜和向斜組成,煤層內(nèi)小的裂隙和斷層構(gòu)造比較發(fā)育,這些小構(gòu)造一定程度上破壞了煤層的連續(xù)性,而且使工作面出現(xiàn)煤層異常區(qū)。工作面水文地質(zhì)條件相對簡單,主要充水水源為老頂砂巖水。老頂砂巖主要由中細砂巖組成,個別地段有粗砂巖和粉砂巖,巖層垂直裂隙發(fā)育,富水性較差,主要以靜儲量為主。直接頂板主要由細砂巖組成,賦存條件較好。

2 礦壓觀測

巷道表面位移觀測采用巷道十字斷面法測量。距離工作面前方 100 m處開始設(shè)測點,每隔 30 m設(shè)一個測站進行觀測,總共設(shè)置 4個測站,觀測工作面前方巷道表面位移。工作面后方 20 m處設(shè)置第一測站,以后每 30 m設(shè)置一個測點,總共設(shè)置 4個測點,觀測工作面后方巷道表面位移。頂板離層觀測采用頂板離層儀,測站位置與表面位移測站相同,每測站在頂板處安裝一套。

2.1 表面位移觀測

由圖1 可以看出,工作面前方 20～90 m范圍內(nèi),巷道表面位移速度很小,累積變形量也一直維持在較低的水平,頂?shù)装搴蜕舷聨偷南鄬ξ灰凭鸩皆龃?但巷道整體變形量不大。在工作面推進至距測站 20 m以內(nèi)時,隨著工作面推進,巷道表面位移速度明顯增大,累積變形量迅速增大,巷道整體發(fā)生明顯的劇烈變形。由此也可以看出,該工作面的超前影響范圍為 20 m左右。同時,由于巷道頂板完整性較好,所以頂?shù)装逑鄬σ平窟h小于兩幫相對移近量。工作面回采對兩幫的影響大于對頂?shù)装宓挠绊憽?/p>

圖1 工作面前方巷道表面位移

如圖2,工作面后方 20～40 m范圍內(nèi),由于加強支護的作用,巷道表面位移速度很小。在工作面后方 40～100 m范圍內(nèi),隨著工作面推進,工作面后方尾巷上覆圍巖不斷的彎曲、下沉和破壞,尾巷采空區(qū)側(cè)的基本頂在自重及支護體產(chǎn)生的切頂阻力作用下發(fā)生破斷。在這個過程中,巷道表面位移速度逐漸增大,巷道整體變形劇烈。直到距工作面 100 m左右時,巷道表面位移速度迅速變小,并隨工作面的推進逐漸趨于穩(wěn)定。

圖2 工作面后方巷道表面位移

2.2 頂板離層觀測

頂板離層儀淺基點布置在頂板 1.5 m深處,深基點布置在頂板 8.3 m深處。由離層儀讀數(shù)可以發(fā)現(xiàn),工作面前方 5～100 m以及工作面后方 20～180 m整個觀測范圍內(nèi),頂板的淺部離層與深部離層均為很小的數(shù)值,即巷道頂板未發(fā)生明顯的離層。本工作面直接頂為整體性比較好的砂巖,其上部有多層較完整的堅硬巖層,而且在工作面后方尾巷采取了及時有效的加強支護措施,所以上順槽頂板在留巷前后能保持很好的整體性和運動一致性,使巷道頂板并未發(fā)生明顯的離層現(xiàn)象。

3 結(jié) 論

本文通過巷道表面位移觀測、頂板離層觀測等觀測手段,對試驗工作面前方巷道和工作面后方尾巷分別進行礦壓觀測,分析發(fā)現(xiàn),沿空留巷工作面前方 0～20 m左右及工作面后方 40～100 m左右范圍為巷道圍巖地壓活動劇烈區(qū)域;沿空留巷工作面留巷前后巷道上下幫移近量都大于頂?shù)装逡平?良好的頂板條件是保證留巷效果的重要影響因素。對該沿空留巷工作面巷道圍巖活動規(guī)律的研究,有利于指導(dǎo)其相鄰工作面的開采,對相似條件的工作面也有借鑒意義。

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2009-07-28)

李傳明(1985-),男,山東萊蕪人,碩士研究生,研究方向為礦山壓力與巖層控制。