明麗萍

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 昔陽 045300）

引言

在目前井工煤礦的生產(chǎn)過程中，回采工作面兩巷的礦壓和支護(hù)一直是影響工作面回采效率和工作強(qiáng)度的重要因素。尤其是巷道處于已采工作面的采空側(cè)區(qū)域范圍內(nèi)時(shí)，這兩個因素對回采工作的制約現(xiàn)象就表現(xiàn)的尤其突出。針對上述情況，煤礦實(shí)際生產(chǎn)中通常的應(yīng)對措施為增大煤柱寬度、擴(kuò)大巷道斷面預(yù)留巷道收縮空間以及加強(qiáng)回采時(shí)的超前支護(hù)。但較大的煤柱尺寸和大斷面巷道勢必造成成本提高和生產(chǎn)過程中的管理難度。確定一個合理的斷面和支護(hù)形式，既能滿足回采工作需要又不過度增加掘進(jìn)和支護(hù)成本尤為重要。

通過在回采工作面的順槽中設(shè)置礦壓測點(diǎn)，在工作面回采過程中長期連續(xù)的進(jìn)行巷道變形量的測量，經(jīng)過較長時(shí)間的實(shí)際觀察資料收集，然后對記錄數(shù)據(jù)歸納推理對回采工作面采空側(cè)巷道的變形進(jìn)行分析，不但對單點(diǎn)的變形過程進(jìn)行了描述，同時(shí)對不同測點(diǎn)進(jìn)行縱向比較，總結(jié)了采動巷道的變形幅度和范圍。最后利用得出的初步規(guī)律在下一個工作面進(jìn)行驗(yàn)證和修正，以找出具有實(shí)際指導(dǎo)意義的礦壓規(guī)律。

1 設(shè)置礦壓觀測點(diǎn)

為了確定工作面采動期間巷道內(nèi)超前支承壓力的準(zhǔn)確影響范圍，在15201工作面初采前確定在工作面順槽中設(shè)觀測點(diǎn)做巷道變形跟蹤記錄。本次實(shí)驗(yàn)著重觀測工作面采空側(cè)巷道的變形情況，所以測點(diǎn)設(shè)在工作面進(jìn)風(fēng)順槽中。在工作面進(jìn)風(fēng)順槽中每20 m設(shè)一個觀測點(diǎn)并從工作面向外依次編號1、2、3…，測點(diǎn)覆蓋長度400 m。在記錄巷道的變形量時(shí)取巷幫中部位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，測量數(shù)據(jù)分為頂板下沉量c，巷道底板底鼓量d，巷道寬度變化量b三個數(shù)據(jù)以及測點(diǎn)距工作面距離l。同期要記錄巷道的超前支護(hù)距離和支護(hù)密度。觀測頻率為每三天一次或每5 m一次。

本次設(shè)站的回采工作面概況：進(jìn)行礦壓觀測的回采工作面位為陽煤五礦五林井四采區(qū)，工作面傾向長120 m，走向長600 m，回采15號煤，煤厚平均5.5 m。工作面進(jìn)風(fēng)順槽為采空側(cè)巷道，回風(fēng)順槽在實(shí)體煤中掘進(jìn)。進(jìn)風(fēng)順槽頂板采用錨索、巷幫采用錨桿金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨索規(guī)格：Φ21.6 mm×5.2 m，進(jìn)度錨索長度5.0 m，加強(qiáng)錨索長度8.0 m。初采時(shí)間為2012年4月。相鄰的15203工作面（工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)）初采時(shí)間為2008年5月，間隔時(shí)間47個月。兩工作面之間煤柱寬度20.0 m。

2 數(shù)據(jù)收集

每次收集數(shù)據(jù)后按日期列表記錄。在工作面初采前記錄第一次記錄數(shù)據(jù)，此時(shí)巷道未受采動影響，作為原始數(shù)據(jù)。后期隨工作面回采推進(jìn)逐段記錄數(shù)據(jù)。后期數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)比較得出巷道變化量。結(jié)合工作面推進(jìn)速度、記錄間隔時(shí)間計(jì)算變化強(qiáng)度（變化速度）。記錄表樣如表1、表2所示。

表1 2012年4月10日數(shù)據(jù)記錄 m

表1記錄時(shí)間為2012年4月10日，由于此時(shí)工作面未到初次垮落間距且巷道變形量不大，故將表1作為原始數(shù)據(jù)。

下頁表2記錄時(shí)間為2012年4月19日。表1表2為記錄表樣限于篇幅其余表格不逐一列出。

表2 2012年4月19日數(shù)據(jù)記錄 m

后期數(shù)據(jù)提取時(shí)表格中的b、c、d分別記為ncm格式，代數(shù)中n代表測點(diǎn)號，m代表表格序列號。例如：8c9表示8號測點(diǎn)在第9表格中的數(shù)值。

3 變形分析

3.1 工作面推進(jìn)過程中的距離曲線圖

在實(shí)際數(shù)值提取中，初采前的數(shù)值以及測點(diǎn)距離工作面超過一定距離后巷道斷面數(shù)值可作為斷面的原始參數(shù)，隨著工作面向前推進(jìn)參數(shù)數(shù)值的變化，當(dāng)工作面推進(jìn)至測點(diǎn)位置時(shí)巷道的變形達(dá)到最大，此時(shí)測出的數(shù)值和原始數(shù)值比較即是工作面巷道在采動影響下的最大變化量（頂板下沉）。

Δncmax=ncx-ncy，ncx為n號測點(diǎn)第一次測量值，ncy為n號測點(diǎn)最后一次（即工作面推進(jìn)至該位置時(shí)）測量值，兩者之差為該處巷道在采動影響下的最大變形量。

如圖1、圖2所示為本次礦壓觀測中7號點(diǎn)和10點(diǎn)的頂板下沉量曲線圖，橫坐標(biāo)表示測點(diǎn)到工作面距離，縱坐標(biāo)表示頂?shù)装遄兓俊?/p>

圖1 7號點(diǎn)巷道位移量曲線圖

圖2 10號點(diǎn)巷道位移量曲線圖

相鄰兩次數(shù)值之差即巷道變形量，每個測點(diǎn)逐次變形的累積即該處巷道受到采動影響后變形總量；把不同測點(diǎn)的變形量反應(yīng)出不同地段在采動影響下巷道的影響幅度。

3.2 根據(jù)測點(diǎn)不同時(shí)期的變化量和記錄間隔時(shí)間比較形成的變化量速率曲線圖

由于工作面超前支承應(yīng)力基本固定在工作面前方的一個區(qū)域，所以遠(yuǎn)距離巷道的變形量很小，可視為不受影響。在實(shí)際觀測中得出，巷道斷面的較大變形基本集中在一個區(qū)域之內(nèi)。這個區(qū)域也就是工作面前方的煤壁超前支承應(yīng)力作用區(qū)，需要重點(diǎn)加強(qiáng)支護(hù)。

根據(jù)相鄰兩次記錄時(shí)數(shù)據(jù)的變化量，相對于間隔時(shí)間作比較可算出巷道變形速度，即采動影響程度。

如圖3、圖4所示為7號點(diǎn)和10號點(diǎn)巷道變形速率圖。曲線的梯度反應(yīng)了巷道變形劇烈程度。相對于位移曲線圖，該曲線重點(diǎn)反映巷道變形和時(shí)間的關(guān)系。圖中曲線選取的時(shí)間段為測點(diǎn)處有明顯變化到工作面推進(jìn)至測點(diǎn)處的這一段。不同地點(diǎn)的兩支曲線形狀有所區(qū)別，但從形態(tài)上比較可看出每個測點(diǎn)的變形幅度劇烈段都集中在一個區(qū)域內(nèi)，從開始變形到達(dá)到活躍期以及劇烈期到衰減點(diǎn)雖然是一個過程，但經(jīng)歷時(shí)間都較短。

圖3 7號點(diǎn)變化量速度曲線圖

圖4 10號點(diǎn)變化量速度曲線圖

在速度曲線圖中，高峰值均發(fā)生在距離工作面30 m左右的區(qū)域內(nèi)，后期下降的端點(diǎn)為測點(diǎn)到達(dá)回采工作面的日期。

在15201工作面的實(shí)際生產(chǎn)中，4—8月份的推進(jìn)速度基本穩(wěn)定保持在每月80 m左右，工作面進(jìn)風(fēng)順槽的超前支護(hù)根據(jù)工作面的具體礦壓顯現(xiàn)保證了40～50 m的長度。

4 結(jié)論

在上述的總體條件下，參照實(shí)測的數(shù)據(jù)，結(jié)合上面的曲線圖可得出以下結(jié)論：

1）進(jìn)風(fēng)順槽受工作面采動影響可分為三個區(qū)域：采動影響劇烈區(qū)，0～20 m段；采動影響明顯區(qū)20～40 m段；采動影響存在區(qū)40～70 m段。其中第一、第二段為被動支護(hù)區(qū)，第三段為支護(hù)加強(qiáng)區(qū)。

從40～70 m段開始，工作面采動對順槽開始發(fā)生影響，巷道開始變形。由于該段巷道變形較小，所以原有支護(hù)還在發(fā)揮主要作用，這一段的支護(hù)屬于主動支護(hù)，主動支護(hù)的特征是錨索有斷裂現(xiàn)象但巷道頂板下沉量較小。

隨著工作面的推進(jìn)，當(dāng)測量段距離工作面進(jìn)入20～40 m段時(shí)，巷道的變形量開始急劇增大，隨著變形增大變形裂隙向深部發(fā)展，巷道頂板下沉量達(dá)到20 cm以上時(shí)巷道原有的錨索支護(hù)開始破壞，巷道變形速度加快，同時(shí)造成更大支護(hù)失效。此時(shí)巷道圍巖變成松散緩沖層，支承應(yīng)力部分向煤體深部轉(zhuǎn)移，其余部分通過圍巖直接作用在后期的加強(qiáng)支護(hù)上。目前在生產(chǎn)中這一段也屬于支護(hù)重點(diǎn)區(qū)域，支護(hù)方法為液壓單體柱板梁，平均密度為每平米一根單體柱。

當(dāng)測量段距工作面0～20 m段時(shí)，巷道處于采動影響劇烈區(qū)。在這一段盡管加強(qiáng)支護(hù)還有進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)，但原有支護(hù)基本完全失效，巷道圍巖的整體性已被破壞，主要表現(xiàn)在巷道頂板已不再是整體下沉，而是已破碎的網(wǎng)包形式壓縮巷道空間。此時(shí)的巷道支護(hù)處于完全被動狀態(tài)。

2）在采空側(cè)順槽的變形量，巷道高度變化主要由兩部分組成：頂板下沉量與巷道底板底鼓量。頂板下沉量平均值為15cm（巷道距工作面20 m以上），巷道底板底鼓量的平均值為45 cm。巷道高度變化的平均值為60 cm。在測站觀測過程中底板變形受到隊(duì)組工程修復(fù)的影響（巷道底板底鼓影響軌道運(yùn)輸需要頻繁起底），數(shù)值偏低，觀測最大值40cm，平均25 cm。巷道的實(shí)際收縮量為：巷高40 cm，巷寬1.2 m。巷道收縮量為0.58 m巷道變形明顯。理論上在出去加強(qiáng)支護(hù)支柱占用的空間后仍能滿足安全規(guī)程要求的0.8 m×1.8 m的安全空間，但人員通行、材料運(yùn)輸以及工作面通風(fēng)受到較大影響。原理上可在設(shè)計(jì)時(shí)采用更大斷面，但是實(shí)際生產(chǎn)反應(yīng)出的問題是大斷面更容易發(fā)生失穩(wěn)且工作面生產(chǎn)時(shí)的支護(hù)難度更大，所以建議加強(qiáng)原來巷道的支護(hù)密度，采用延長錨索長度深部固定已應(yīng)對后期工作面20～40 m段的失穩(wěn)問題。

3）在類似地質(zhì)條件下，工作面順槽的超前支護(hù)在完整頂板時(shí)，40～50 m支護(hù)長度基本滿足順槽需要；巷道頂板破碎段，超前支護(hù)需要延長到70 m。在類似條件下，目前的支護(hù)條件雖然能保守的應(yīng)付生產(chǎn)需要，但是屬于較被動階段，進(jìn)一步加大支護(hù)密度效果已不明顯，而且對巷道的通風(fēng)運(yùn)輸使用也產(chǎn)生嚴(yán)重影響。外部支護(hù)阻力的提高有利于正向提升巷道圍巖對礦壓的支護(hù)作用，建議可以采用高分子材料注漿加固圍巖提升巷道圍巖的整體性。

4）15201工作面進(jìn)風(fēng)順槽的巷道支護(hù)在頂板良好的情況下滿足需要，在頂板較破碎時(shí)，巷道支護(hù)仍需加強(qiáng)。根據(jù)工作面后期補(bǔ)加錨索的經(jīng)驗(yàn)得知，當(dāng)巷道變形量超過15 cm時(shí)（一般位于工作面機(jī)頭到距離工作面20 m段）巷道錨索幾乎失去支護(hù)效果。15201工作面是在五林井礦井生產(chǎn)后期銜接的一個工作面，和相鄰的15203工作面回采間隔約四年時(shí)間，原來工作面回采后已處于穩(wěn)定期，15201工作面回采未發(fā)現(xiàn)相鄰工作面有大頂活動現(xiàn)象。為有效弱化采空區(qū)對相鄰工作面的影響，應(yīng)盡可能的延長兩個工作面的生產(chǎn)時(shí)間，根據(jù)礦井實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，工作面回采結(jié)束24個月后采空區(qū)上部巖層經(jīng)過塌落充填后進(jìn)入穩(wěn)定期。