黨付雄

（同煤集團大唐塔山煤礦有限公司，山西 大同 037000）

厚煤層在開采過程中由于煤層存儲厚度大、開采時對上覆巖層擾動量大，導致井下圍巖受力變形大，極易出現頂板下沉、垮落、煤壁片幫等異常[1]。

塔山煤礦8222綜采工作面開采厚煤層。綜采面傾向長度為291m，走向長度約為2433m，探明可采煤炭量約為462.1萬t，煤層的平均厚度為4.32m，煤層賦存深度為165～267m。煤層基本頂以砂巖為主，平均厚度約為11.7m，直接頂為粉砂巖，平均厚度約為2.32m。該工作面的回風順槽采用切頂卸壓自成巷工藝。

1 綜采面巷道頂板的變形監(jiān)測

為了對綜采面巷道的頂板變形狀態(tài)進行監(jiān)測，建立了頂板變形監(jiān)測系統，對綜采作業(yè)過程中的頂板變形情況進行實時監(jiān)測。根據塔山煤礦8222綜采工作面的綜采推進情況，選擇在距切眼89m處和距離切眼119m處分別設置一個頂板移近量監(jiān)測點。為了確保井下監(jiān)測數據可靠性和監(jiān)測安全性，將巷道頂板移近量監(jiān)測儀設置到滯后工作面19m處。該位置處在支架支護范圍內且距離工作面較近，頂板在綜采作業(yè)時的變形量極小，因此監(jiān)測數據穩(wěn)定性高，能夠最大程度地反應頂板移近量的實際情況。頂板移近量監(jiān)測儀[2]的設置如圖1所示。

圖1 煤礦井下移近量傳感器布置示意圖

根據在綜采作業(yè)過程中所監(jiān)測到的兩個監(jiān)測點巷道頂板的連續(xù)移近量數據[3]，繪制了如圖2所示的井下不同監(jiān)測點頂板的移近量和井下綜采面的距離之間的變化曲線。

圖2 不同監(jiān)測點處的頂板移近量變化曲線

由監(jiān)測結果可知，在兩個監(jiān)測點位置，頂板的移近量均會隨著綜采工作面的不斷推進而快速的增加。在滯后工作面約68m處時，頂板移近量的變化開始逐漸變慢，在滯后工作面68m的范圍內巷道頂板在受綜采時擾動的影響下其后側的頂板會有顯著的下沉，特別是在架后68m處的頂板形變量顯著，表明此時巷道頂板承受了一次大的來壓沖擊作用，該區(qū)域為巷道圍巖的變形變化區(qū)。

在滯后工作面68～166m的范圍內，巷道頂板的變形速度逐漸趨于穩(wěn)定，其移近量的變化速率顯著低于在第一階段時的變化速率。在滯后工作面166m處頂板的移近量約為61mm，該區(qū)域為圍巖的趨穩(wěn)區(qū)。當滯后工作面超過166m后，巷道頂板變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，移近量的變化速率也基本趨于穩(wěn)定。這主要是由于該區(qū)域的煤矸石已經垮落并形成了較為穩(wěn)定的新的支護結構，使井下巷道頂板形成了一個穩(wěn)定平衡區(qū)域，該區(qū)域為圍巖的穩(wěn)定區(qū)。

根據相關標準，頂板每天的變形量不超過3mm即可認為該處圍巖穩(wěn)定性滿足綜采作業(yè)安全的需要。通過以上分析，在井下滯后工作面約166m處的頂板變形量基本處于穩(wěn)定，在架后約200m的范圍內同樣處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此可以確定，切頂卸壓無煤柱自成巷在架后的200m為安全區(qū)域，可撤出其支護設備。

2 煤礦井下圍巖承壓變化分析

根據塔山煤礦8222綜采工作面的實際情況，利用數值模擬分析軟件對井下圍巖的移近量變化情況[4]模擬出了不同工作面區(qū)域的承壓變化曲線，結果如圖3所示。

圖3 不同距離處的承壓變化情況

由其不同距離處的承壓變化情況分析可知，隨著綜采作業(yè)的不斷推進，其自成巷采空區(qū)的頂板巖層沿著預留切縫逐漸地垮落，使巷道的頂板和采空區(qū)域的應力傳輸路徑被切斷，進而使后側的頂板巷道不再受到其他區(qū)域頂板垮落的影響。分析可知，隨著綜采工作面的逐漸推進，頂板圍巖的承壓也迅速的增加。在滯后工作面約80m的位置，其承壓達到了最大值。表明在該范圍內巷道的頂板巖石處于強烈的運動狀態(tài)，圍巖受力變形量大，極易出現不穩(wěn)定現象，在綜采作業(yè)時需要對該區(qū)域進行重點支護，才能滿足綜采作業(yè)安全的要求。在支護工作面80m以后的位置，巷道圍巖承壓逐漸下降并慢慢穩(wěn)定，表明該區(qū)域內的圍巖穩(wěn)定性高。

3 結論

為了提升煤礦井下切頂卸壓無煤柱自成巷的安全性，以塔山煤礦8222綜采工作面為工程研究對象，對綜采作業(yè)過程中的圍巖承壓分布和變形狀態(tài)進行了研究，結果表明：

（1）在架后68m處的頂板形變量顯著，表明此時巷道頂板承受了一次大的來壓沖擊作用，該區(qū)域為巷道圍巖的變形變化區(qū)；

（2）滯后工作面超過166m后，巷道頂板變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，移近量的變化速率也基本趨于穩(wěn)定；

（3）在滯后工作面約80m的位置，其承壓達到了最大值，表明在該范圍內井下巷道的頂板巖石處于強烈的運動狀態(tài)，圍巖受力變形量大，極易出現不穩(wěn)定性現象，在綜采作業(yè)時需要對該區(qū)域進行重點支護，才能滿足綜采作業(yè)安全的要求。