王 超

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地礦，山西 太原030022）

化石燃料是我國最重要的燃燒能源，而煤炭資源更是化石能源中的重要組成部分。隨著開采年限的不斷增加，易開采的煤層開采較多，但賦存復(fù)雜的煤層仍然沒有得到高效開采。賦存條件較為復(fù)雜的煤層在開采時(shí)煤層的層壓過大，煤層的變形量加大致使圍巖和頂板的完整性大打折扣，近距離煤層的開采時(shí)煤層間壓力成為煤礦安全生產(chǎn)的重要問題。在進(jìn)行下行開采時(shí)，上煤層的載荷會(huì)對(duì)下煤層的穩(wěn)定性提出較高的要求，下煤層的工作面頂板的破壞即下煤層的力學(xué)特性被破壞，這無疑會(huì)對(duì)下煤層的開采造成損害。到目前為止國內(nèi)外關(guān)于近距離煤層的開采研究還處于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和理論分析，例如付書俊等人[1]針對(duì)近距離煤層在掘進(jìn)過程中受到的上層煤體對(duì)下層煤層的承壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了一定的研究，通過數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法對(duì)礦井的支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化，并驗(yàn)證了優(yōu)化的合理性。段思宇[2]對(duì)極近距離煤層的頂板破碎情況進(jìn)行了一定的研究后，研制出了ZY5000/12/26D新型液壓支架，并通過工程實(shí)踐對(duì)研制的液壓支架的支撐效果進(jìn)行了驗(yàn)證。朱衛(wèi)兵[3]針對(duì)我國極近距離淺煤層房柱開采時(shí)下層的工作面壓架等問題，通過數(shù)值模擬和物理模擬相結(jié)合的手段對(duì)工作面的壓架問題進(jìn)行了一定的研究，發(fā)現(xiàn)下煤層工作面開切眼側(cè)與工作面正上方的房采煤柱呈現(xiàn)橫向不均勻承載特征以及受水平拉伸變形影響，最終導(dǎo)致邊界處房采煤柱易出現(xiàn)對(duì)角斜切破壞模式。李建光[4]提出在停采線附近進(jìn)行深孔爆破，使一體支護(hù)系統(tǒng)對(duì)極近距離的煤層受采動(dòng)影響產(chǎn)生的巷道圍巖變形得到了解決。本文通過對(duì)某礦的監(jiān)測(cè)對(duì)極近煤層的礦壓顯現(xiàn)問題進(jìn)行了研究，對(duì)極近煤層的圍巖控制具有積極的意義。

1 下煤層巷道穩(wěn)定性觀測(cè)

通過對(duì)某礦的綜采工作面進(jìn)行研究和監(jiān)測(cè)，對(duì)綜采工作面液壓支架的支架阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，得到工作面的初次來壓步距、初次來壓強(qiáng)度和工作面開采過程中的支撐壓力分布及壓力的演變過程。通過對(duì)礦山綜采工作面開采時(shí)巷道的圍巖變形、頂板和底板變形量的觀測(cè)確定支護(hù)設(shè)計(jì)的有效性與優(yōu)越性。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般要求設(shè)置在較為完整的分布帶，在綜采工作面的連接槽處均設(shè)置2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置一般要考慮到巷道的圍巖變形量、圍巖的整體性、頂板與底板不出現(xiàn)明顯的巖石破裂情況等，同時(shí)巷道中頂板、底板的觀測(cè)點(diǎn)一般均位于中間位置，避免監(jiān)測(cè)的不準(zhǔn)確性。這些觀測(cè)點(diǎn)用于觀測(cè)巷道的變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。在巷道的順槽中各設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，巷道的觀測(cè)點(diǎn)布置的深度設(shè)置為1 m、2 m、3 m，觀點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果如下頁圖1所示。

從圖1的順槽表面的位移變形圖可以看出，隨著觀測(cè)點(diǎn)與開采工作面的距離不斷增大，巷道的圍巖變形越來越小，一般順槽受到綜采工作面的開采影響經(jīng)歷三個(gè)階段，分別為采動(dòng)無影響區(qū)、采動(dòng)影響較弱區(qū)、采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)。采動(dòng)無影響區(qū)一般與工作面距離測(cè)點(diǎn)50 m以上，采動(dòng)對(duì)巷道的順槽的影響幾乎可以忽略不計(jì)，巷道的圍巖變形量、巷道的變形速度及巷道的圍巖破碎較小，圍巖的完整性較好。采動(dòng)影響較弱區(qū)一般的測(cè)點(diǎn)距離工作面20～50 m的范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)巷道的變形量較小，一般變形量在200 mm之下，在此范圍內(nèi)巷道的完整性較采動(dòng)無影響區(qū)有所降低，由于巷道的超前支撐力的作用，巷道的變形量和巷道變形速度一般較采動(dòng)無影響區(qū)有了明顯地增大。巷道的采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)一般在測(cè)點(diǎn)與工作面距離小于20 m的范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)巷道的變形量快速增大，巷道的完整性明顯降低，巷道的圍巖變形量和變形速度在三個(gè)階段內(nèi)最快，巷道受到采動(dòng)的影響劇烈，巷道容易出現(xiàn)沖擊壓力和頂板下沉情況。

圖1 順槽表面位移變形圖

圖2為綜采工作面的上幫的位移工作面隨著工作面距測(cè)點(diǎn)的距離圖分別在深度1 m、2 m、3 m的觀測(cè)圖。

圖2 順板頂板的位移變化圖

從圖2可以看出回采期間內(nèi)測(cè)點(diǎn)不同深度的位移隨測(cè)點(diǎn)到工作面的距離依舊保持著三個(gè)階段，采動(dòng)無影響區(qū)、采動(dòng)影響較弱區(qū)、采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)。在這三個(gè)階段中采動(dòng)無影響區(qū)的測(cè)點(diǎn)距離工作面50 m以上的位置，無明顯的變形采動(dòng)影響對(duì)巷道的順槽的影響幾乎可以忽略不計(jì)，巷道的圍巖變形量較小及巷道的變形速度一般較小，巷道的圍巖破碎較小，圍巖在深度為3 m的測(cè)點(diǎn)的變形速度小于3 mm/d，圍巖的完整性較好。在采動(dòng)影響較弱的區(qū)域內(nèi)，由于采動(dòng)會(huì)對(duì)圍巖產(chǎn)生一定的干擾，此時(shí)的圍巖變形將會(huì)加大，圍巖的變形速度和變形量都較采動(dòng)無影響有所加大，圍巖在深度為3 m的測(cè)點(diǎn)的變形速度小于3～6 mm/d，圍巖的完整性大大下降，由于較少的破裂圍巖會(huì)對(duì)礦山的安全開采造成一定影響。采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)內(nèi)的巷道變形量會(huì)大幅度增加，巷道的完整性明顯降低，巷道的圍巖變形量和變形速度是采動(dòng)無影響區(qū)、采動(dòng)影響較弱區(qū)、采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)三個(gè)階段中最快的，深部的測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的圍巖變形速度達(dá)到15 mm/d，巷道受采動(dòng)的劇烈影響，巷道容易出現(xiàn)沖擊壓力和頂板下沉情況，嚴(yán)重危險(xiǎn)到了巷道開采人員和設(shè)備的安全。

在綜采工作面的開采過程中，隨著開采的不斷推進(jìn)，順槽測(cè)點(diǎn)深度對(duì)圍巖變形速度監(jiān)測(cè)可以看出，隨著測(cè)點(diǎn)深度的增加監(jiān)測(cè)到的圍巖變形速度和圍巖的總變形呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，且在采動(dòng)無影響區(qū)、采動(dòng)影響較弱區(qū)、采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)內(nèi)的上升速度也有所不同；在測(cè)點(diǎn)到工作面的距離不斷增大的過程中，變形的加速度明顯減??；依據(jù)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知煤體的塑性區(qū)寬度一般保持在2.5 mm。

2 錨固力變化研究

在煤礦的回采過程中，通過錨桿測(cè)力計(jì)對(duì)巷道工作面的開采過程進(jìn)行巷道的頂板的錨桿支護(hù)阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄研究，測(cè)點(diǎn)的位置設(shè)置如前面所示為1 m、2 m、3 m，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線如圖3所示。

圖3 順槽的錨桿錨索的工作阻力曲線

根據(jù)圖3可以看出，隨著工作天數(shù)的不斷增加，錨索呈現(xiàn)出先增大后保持平衡，當(dāng)工作天數(shù)在8天前時(shí)，支架的阻力從71 kN升到了87 kN，上升的速度為2 kN/d；當(dāng)工作天數(shù)上升到8 d時(shí)，錨索的支護(hù)阻力開始保持平衡，此時(shí)外部的載荷達(dá)到了平衡狀態(tài)，但隨著工作天數(shù)不斷增加，頂板載荷將會(huì)繼續(xù)增大，頂板將會(huì)出現(xiàn)變形。錨桿的支護(hù)阻力比錨索的支護(hù)阻力明顯偏小，當(dāng)工作天數(shù)增大到一定的天數(shù)后，錨桿的工作阻力維持在42 kN，錨索的工作阻力維持在87 kN，所以可知頂板的支護(hù)系統(tǒng)中錨索起到了主要的支護(hù)作用，而錨桿起到輔助支護(hù)作用。

3 結(jié)論

1）順槽受到綜采工作面的開采影響經(jīng)歷三個(gè)階段，分別為采動(dòng)無影響區(qū)、采動(dòng)影響較弱區(qū)、采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)。

2）順槽受到開采影響的三個(gè)階段，圍巖變形速度到達(dá)了3 mm/d、3～6 mm/d、15 mm/d，可見采動(dòng)影響強(qiáng)烈區(qū)的變形最大，支護(hù)要求也越離，且順槽的監(jiān)測(cè)點(diǎn)深度越大，圍巖的變形量越小。

3）隨著工作天數(shù)的不斷增加，錨桿錨索的支護(hù)阻力達(dá)到平衡，錨桿的工作阻力維持在42 kN，錨索的工作阻力維持在87 kN。