李亞鋒

（山西焦煤霍州煤電晉北煤業(yè)有限公司，山西 忻州 035100）

相鄰巷道之間留設(shè)寬煤柱不僅會造成資源浪費，還會使開掘巷道圍巖形成高集中應(yīng)力區(qū)，容易發(fā)生變形破壞，影響巷道的安全掘進(jìn)[1]。沿空掘巷作為一種窄煤柱掘巷技術(shù)，逐漸成為現(xiàn)階段礦井主要研究方向之一[2-3]。但是沿空掘巷掘進(jìn)位置一般處于煤幫的支承壓力峰值下，影響巷道的穩(wěn)定性，不利于巷道的后期支護(hù)[4-6]。因此，通過對沿空巷道圍巖變形的監(jiān)測，得到巷道圍巖變形規(guī)律，對巷道的支護(hù)提供一定的參考依據(jù)。

1 工作面概況

晉北煤業(yè)5-4071 巷北部為正在回采5-405 工作面，東部為4 采區(qū)集中皮帶巷和軌道巷，西部為已經(jīng)回采完畢的5-401 工作面。地面標(biāo)高+1446 ～+1507m 左 右，井下標(biāo)高945 ～1050m左右，埋深約470 ～640m 左右。煤層厚度約2.0 ～4.5m，平均厚度3.5m，煤層賦存穩(wěn)定，煤層傾角為6°～10°，f=1.7 左右。為了節(jié)約資源，減小護(hù)巷煤柱的大小，5-4071 巷沿著正在回采的5-405工作面掘進(jìn)。

2 沿空巷道側(cè)向支承壓力分布規(guī)律

沿空巷道會受到采空區(qū)側(cè)向支承壓力的影響，其主要受到已采空工作面?zhèn)认蛑С袎毫捅竟ぷ髅娉爸С袎毫Φ挠绊?，而采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響的大小取決于沿空掘巷所留煤柱的大小。隨著工作面向前推進(jìn)，靠近采空區(qū)一側(cè)巷道圍巖應(yīng)力升高形成應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)高集中應(yīng)力超過邊緣煤體所能承載的極限時，巷道圍巖由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，圍巖發(fā)生變形破壞。側(cè)向支承壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，在外界擾動的影響下，巷道頂板在工作面兩側(cè)發(fā)生斷裂破壞，形成內(nèi)外兩個應(yīng)力場，其應(yīng)力分布示意圖如圖1 所示，其中1 為內(nèi)應(yīng)力場曲線，2 為外應(yīng)力場曲線。內(nèi)應(yīng)力場處于頂板斷裂線與煤體邊緣之間，其應(yīng)力值較??；外應(yīng)力場處于斷裂線外側(cè)，在斷裂線附近應(yīng)力升高，形成應(yīng)力升高區(qū)，應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，垮落巖石逐漸充滿采空區(qū)空間，巷道圍巖趨于穩(wěn)定，應(yīng)力值逐漸減小，最后穩(wěn)定在原巖應(yīng)力值大小。

圖1 工作面?zhèn)认蛑С袘?yīng)力示意圖

3 沿空巷道圍巖監(jiān)測

3.1 監(jiān)測方案

（1）采用測桿和鋼卷尺等機(jī)械測量方法對5-4071 巷圍巖頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平窟M(jìn)行監(jiān)測，得到巷道圍巖變形量。

（2）采用電感式位移傳感器監(jiān)測5-4071 巷圍巖變形速率，從而判讀巷道圍巖的穩(wěn)定性。

3.2 監(jiān)測點布置位置

在5-4071 巷掘進(jìn)450m、550m 位置處分別布置兩個測點，測點編號為1#、2#，監(jiān)測5-405 工作面每回采20~30m 期間沿空巷道圍巖變形量。在膠帶巷掘進(jìn)700m、800m 位置處分別布置兩個測點，測點編號為3#、4#，監(jiān)測5-4071 巷沿空掘進(jìn)和5-405工作面回采動壓影響下巷道圍巖變形量。

3.3 監(jiān)測結(jié)果分析

（1）1#監(jiān)測點結(jié)果

在5-4071 巷掘進(jìn)450m 布置1#監(jiān)測點，監(jiān)測結(jié)果如表1 所示。

表1 1#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)1#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖2 所示。

圖2 1#監(jiān)測點巷道圍巖變形累積量

（2）2#監(jiān)測點結(jié)果

在5-4071 巷掘進(jìn)550m 布置2#監(jiān)測點，監(jiān)測結(jié)果如表2 所示。

表2 2#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)2#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖3 所示。

圖3 2#監(jiān)測點巷道圍巖變形累積量

（3）3#監(jiān)測點結(jié)果

在5-4071 巷掘進(jìn)700m 布置3#監(jiān)測點，監(jiān)測結(jié)果如表3 所示。

表3 3#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)3#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖4 所示。

圖4 3#監(jiān)測點巷道圍巖變形累積量

（4）4#監(jiān)測點結(jié)果

在5-4071 巷掘進(jìn)800m 布置4#監(jiān)測點，監(jiān)測結(jié)果如表4 所示。

表4 4#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)4#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖5 所示。

圖5 巷道圍巖累積變形量

4 圍巖變形規(guī)律研究

5-4071 巷和5-405 回采工作面有兩種情況，分別為沿空掘巷和沿巷推采，由不同監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)和累積圍巖位移圖可以得到沿空掘巷巷道圍巖變形的規(guī)律：

（1）沿巷推采巷道圍巖變形規(guī)律可以分為3個階段：

① 超前變化階段。當(dāng)工作面回采至超前觀測點20 ～70m 位置處，5-4071 巷圍巖就已經(jīng)開始出現(xiàn)蠕變，變形速率慢且變化不明顯，巷道兩幫圍巖要先于頂?shù)装遄冃巍?/p>

② 同位變化階段。當(dāng)工作面回采至監(jiān)測點位置時，5-4071 巷圍巖變形量大且變形明顯，兩幫移近量趨近于峰值，頂?shù)装逡平坎粩嘣龃蟆?/p>

③ 滯后變化階段。當(dāng)工作面回采至監(jiān)測點后40 ～60m 位置時，5-4071 巷頂?shù)装逡平繙笥谕七M(jìn)位置，在該區(qū)域內(nèi)變形量達(dá)到最大值，兩幫移近量開始減小。

（2）根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和分析可知，5-4071 巷圍巖變形量受沿巷推采影響較為明顯，且沿巷推采3 階段圍巖變形規(guī)律相似。而巷道受沿空掘巷的影響圍巖變形量要小于沿巷推采，5-405 工作面在回采至停采線位置之前，巷道仍然受動壓的影響，因此，需要對巷道圍巖變形量繼續(xù)監(jiān)測。巷道掘進(jìn)后采用錨網(wǎng)索進(jìn)行支護(hù)，需要對巷道錨桿、錨索支護(hù)進(jìn)行受力監(jiān)測，保證巷道的支護(hù)效果，提高巷道的穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)1 ～4#監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果可知，5-4071巷受沿空掘進(jìn)和沿巷推采共同影響，巷道圍巖出現(xiàn)變形破壞。巷道兩幫最大變形量為600m，頂?shù)讕蛧鷰r變形量比兩幫變形量要小一些。因此，在巷道支護(hù)過程中，應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾渝^桿、錨索的支護(hù)強度。采用錨桿、錨索的直徑相較于原來巷道應(yīng)當(dāng)增大，錨桿由原來的Φ22mm 增加至Φ24mm，錨索由原來的Φ17.8mm 增加至Φ21.6mm。同時為了提高支護(hù)效果，巷道支護(hù)后采用二次注漿加固，進(jìn)一步提高巷道的支護(hù)強度，保障巷道的安全掘進(jìn)。

5 結(jié)論

（1）以5-4071 巷為研究對象，通過沿空巷道側(cè)向支承壓力分布研究，驗證了巷道礦壓顯現(xiàn)的規(guī)律，為巷道的實際支護(hù)提供依據(jù)。

（2）制定了沿空巷道圍巖變形監(jiān)測方案，分別在膠帶巷掘進(jìn)至450m、550m、700m、800m 布置4個測點。對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，得出巷道圍巖變形規(guī)律可以分為超前變化階段、同位變化階段、滯后變化階段，圍巖最大變形量為600mm。并提出了采用將錨桿、錨索直徑增加至Φ24mm、Φ21.6mm 的措施提高支護(hù)強度，保證巷道的安全掘進(jìn)。