(大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037003)

采掘交鋒引起的動壓疊加會嚴重影響回采工作面及掘進巷道的圍巖穩(wěn)定性。通過實施跳采可從源頭上避免采掘交鋒，但部分礦井因盤區(qū)大巷開拓不到位或是采掘部署不當造成礦井銜接緊張，難免會存在回采工作面與相鄰巷道出現(xiàn)采掘交鋒的情況。因此，如何確保采掘交鋒條件下掘進巷道與回采工作面圍巖整體穩(wěn)定是安全高效生產(chǎn)的關鍵。

近年來許多煤炭行業(yè)的專家學者針對采掘交鋒動壓巷道圍巖穩(wěn)定性控制做了大量的研究工作。杜貝舉通過對動壓回采巷道變形破壞規(guī)律進行系統(tǒng)分析，提出了“高強樹脂錨桿+錨索”聯(lián)合支護的圍巖控制方案，同時融入“挾頂?shù)祝貎蓭汀钡闹ёo理念[1]；劉立民等結合現(xiàn)場地質(zhì)條件，運用理論分析和數(shù)值模擬的方法進行研究，提出平衡支護設計法能夠?qū)Σ删蛳嘞蚯闆r下圍巖結構及應力非對稱的巷道進行合理的支護控制[2]；秦忠誠等結合現(xiàn)場地質(zhì)條件，將動壓影響巷道分為3段，并對其進行動態(tài)分段圍巖控制等等[3]。但這些研究均未能給出采掘交鋒巷道停掘避壓具體實施措施以及停掘避壓的合理時機[3，4]。本文主要是針對采掘交鋒巷道圍巖穩(wěn)定的機理進行詳細分析，同時結合機理分析結果提出巷道有效控制技術，確保了采掘交鋒巷道及回采工作面圍巖的整體穩(wěn)定，為其他類似條件下巷道圍巖穩(wěn)定性的科學控制提供依據(jù)。

1 工作面概況

同煤集團燕子山礦8214工作面煤厚7.5～8.4m，埋深約400m，傾向切眼長度150m，走向長度2510m。工作面配備MG-400/930-WD采煤機，支架型號為ZF12000/23/35。其中，8214工作面回風巷斷面寬×高=4.0m×3.3m，采用“錨桿+錨索+金屬”聯(lián)合支護，七排錨桿支護間排距為900mm×1000mm；兩排錨索支護間排距為3000mm×2000mm。兩幫采用錨桿與金屬網(wǎng)混合支護。8214工作面日進6刀，約4.2m。8212工作面回風巷與8214工作面相鄰，機掘巷道日進8m，斷面寬×高=5.0m×3.3m，支護形式與8214工作面回風巷相同。

2 采掘交鋒巷道應力分布特征

8214工作面回采與相鄰8212面回風巷掘進采掘交鋒過程如圖1所示。本文將整個8212面回風巷的掘進分為三個階段，即Ⅰ—實體煤掘巷階段；Ⅱ—動壓掘巷階段(Ⅱ1—超前動壓掘巷階段；Ⅱ2—滯后動壓掘巷階段)；Ⅲ—沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段。圖1中，q(x)為超前支承壓力曲線；q(y)為側(cè)向支承壓力曲線。

圖1 采掘交鋒條件下巷道圍巖穩(wěn)定機理示意圖

1)Ⅰ階段—實體煤掘巷階段。該階段下巷道整體支承壓力分布與普通巷道一致，掘進過程中需確保施工質(zhì)量，做好日常維護即可。

2)Ⅱ階段—動壓掘巷階段。該階段主要以回采工作面為界，回采工作面超前位置屬超前動壓掘巷階段、回采工作面采空區(qū)位置屬滯后動壓掘巷階段。①Ⅱ1—超前動壓掘巷階段：這個階段主要是回采工作面超前支承壓力與巷道掘進超前支承壓力疊加的階段，該階段塑性破壞區(qū)可參考“煤柱一側(cè)采空條件下塑性區(qū)寬度的計算公式”進行計算，但考慮到現(xiàn)場不同工作面其頂?shù)装鍘r性、埋深、煤的力學特性以及煤厚等參數(shù)也不盡相同，理論計算誤差較大。因此，為了更準確地掌握塑性區(qū)的相關數(shù)據(jù)，現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中，可通過在工作面埋設應力傳感器收集應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析其塑性區(qū)范圍。燕子山礦通過埋設應力傳感器并結合相鄰工作面應力監(jiān)測情況可知：8214工作面回采與8212面回風巷掘進超前動壓影響疊加階段約為超前8214工作面30m范圍。②Ⅱ2—滯后動壓掘巷階段：這個階段主要是回采工作面采空區(qū)懸板、側(cè)向支承壓力與巷道掘進超前支承壓力疊加的階段，為了確保數(shù)據(jù)的準確性，該階段現(xiàn)場仍需通過現(xiàn)場應力傳感器收集的應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析其塑性范圍。以燕子山礦為例，分析現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)及通過相鄰工作面應力分布規(guī)律確定該滯后動壓階段發(fā)生在8214工作面后方25m范圍，其圍巖塑性破壞區(qū)主要是沿巷道橫向范圍逐漸增大。

3)Ⅲ—沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段。隨著綜采工作面的不斷回采，采空區(qū)范圍的側(cè)向支承壓力逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)，巷道掘進至該區(qū)域進入沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段，這個階段主要是回采工作面采空區(qū)側(cè)向支承壓力與巷道掘進超前支承壓力疊加的階段。采空區(qū)側(cè)向應力分布也可通過布置在煤柱中的應力傳感器測得。燕子山礦結合現(xiàn)場實測的應力分布曲線以及數(shù)值模擬結果分析可知，8214工作面在采空區(qū)橫向0～5m范圍為應力降低區(qū)；5～22m范圍形成附加塑性破壞區(qū)。

3 采掘交鋒巷道圍巖控制技術

采掘交鋒條件下，臨空掘進巷道圍巖控制需抓住三個關鍵點：合理留設煤柱寬度、精準確定停掘位置、分區(qū)域動態(tài)支護。

3.1 合理留設煤柱寬度

結合第Ⅲ階段分析的橫向塑性破壞區(qū)范圍可知，回采工作面?zhèn)认蛑С袎毫σ鸬母郊铀苄云茐膮^(qū)域為距工作面橫向5～22m范圍，因此，臨空巷道掘進時其留設的面間護巷煤柱寬度應避開5～22m這個范圍，要么留設小于5m的煤柱、要么留設大于22m煤柱。

考慮到水、火、瓦斯等隱蔽致災因素的影響，再加上采掘交鋒動壓疊加對護巷煤柱的承載能力要求較高，筆者不建議采掘交鋒條件下實施小煤柱工藝[5]，現(xiàn)場8214工作面與8212工作面留設面間煤柱30m。但在采掘交鋒過程中掘進巷道頂板仍破碎嚴重，從而造成巷道維護工程量較大。

3.2 精準確定停掘位置

采掘交鋒條件下的掘進巷道若停掘時間過早會影響工作面的整體圈出進度，但若停掘時間過晚又會對巷道穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此精準確定停掘位置、復掘位置便尤為重要。停掘、復掘位置確定具體如下：

1)與回采工作面相交前，在第Ⅱ階段的頂板移動性三角形塑性破壞區(qū)出現(xiàn)以前停掘，即在工作面前方30×1.5=45m(考慮到超前支承壓力可能會受到回采速度、工作面工程質(zhì)量及現(xiàn)場支架工況等因素影響，取安全系數(shù)為1.5)時停止掘巷。

2)與回采工作面相交后，在第Ⅱ階段的頂板移動性三角形塑性破壞區(qū)穩(wěn)定后方可開掘，即在工作面后方25×1.5=37.5m(考慮到側(cè)向支承壓力可能會受到采空區(qū)頂板垮落情況、矸石充填以及面間煤柱的破壞等因素影響，取安全系數(shù)為1.5)時重新開始掘巷。

3.3 分段動態(tài)控制技術

1)強支巷道、補強回采工作面超前支護：在第Ⅱ階段中，對巷道頂板采用增加頂板垂直向上的支護阻力來減小超前支承壓力，現(xiàn)場可采用增支單體柱、打木垛、架棚、加密錨桿錨索支護等措施[6]。

8214工作面與8212面回風巷巷采掘交鋒過程中的補強支護措施為：8214綜放工作面超前單體支護長度由30m加長至60m，且將“一梁三柱”更換為“一梁四柱”，同時在超前靠近8212工作面?zhèn)纫蚤g距3m安設木垛；8214綜放工作面進入動壓掘巷影響位置超前80m范圍以2m間距補打錨索梁(錨索長度8m)；8212面回風巷停掘位置迎頭40m范圍頂板以2m間距補打錨索梁，增加1排護幫錨桿。

2)注漿加固圍巖：在進入第Ⅱ階段前，對巷道、回采工作面圍巖破碎區(qū)域注粘結材料進行加固，主要目的是改善圍巖的內(nèi)聚力，增加圍巖的自承載能力，從而減小圍巖下沉和移動性塑性破壞區(qū)在巷道橫向和縱向的動態(tài)發(fā)展[7-9]。

本次8214工作面與8212面回風巷采掘交鋒過程中，在8214工作面超前圍巖破碎區(qū)域加注馬麗散，確保巷道圍巖的整體穩(wěn)定。

4 工程應用效果分析

針對同煤集團燕子山礦8212工作面兩巷與8214工作面地質(zhì)條件，準確把握好停掘、復掘時機，在采掘交鋒影響期間采取相應的強支措施，現(xiàn)場取得了良好的成果。8212面回風巷、8214回采工作面經(jīng)過采掘交鋒并采取相應措施后的整體效果如圖2所示，相較于鄰近區(qū)域留設30m煤柱時采掘交鋒巷道，8212面回風巷及8214工作面兩巷圍巖整體穩(wěn)定性較好。

圖2 經(jīng)采掘交鋒動壓影響后采掘工作面的巷道支護效果圖

5 結 論

1)采掘交鋒巷道的掘進分為三個階段，即Ⅰ—實體煤掘巷階段；Ⅱ—動壓掘巷階段(Ⅱ1—超前動壓掘巷階段；Ⅱ2—滯后動壓掘巷階段)；Ⅲ—沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段。

2)采掘交鋒條件下，臨空掘進巷道圍巖控制需抓住三個關鍵點：合理留設煤柱寬度、精準確定停掘位置、分區(qū)域動態(tài)支護。

3)精準確定停掘位置：與回采工作面相交前，在動壓掘巷階段的頂板移動性三角形塑性破壞區(qū)出現(xiàn)以前停掘；與回采工作面相交后，在動壓掘巷階段的頂板移動性三角形塑性破壞區(qū)穩(wěn)定后方可開掘。