翟振宇

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 興縣 033602）

現(xiàn)掘撤架通道技術(shù)是一種常用的綜采工作面搬家方法，其存在作業(yè)空間不安全、工作面搬家倒面時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。為提高施工安全性及效率，一些礦井開(kāi)始嘗試使用預(yù)掘撤架通道方法，由于預(yù)掘撤架通道提前掘進(jìn)，可以與采煤平行作業(yè)，大幅度地縮短了搬家時(shí)間，并且支護(hù)質(zhì)量好，保證了通道空間的安全穩(wěn)定[1-3]。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)預(yù)掘撤架通道技術(shù)進(jìn)行了大量研究： 張國(guó)祥等人對(duì)大采高綜采工作面搬家技術(shù)進(jìn)行了研究，提出采用單通道撤架工藝，并對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了分析； 趙軍等人采用數(shù)值模擬方法對(duì)工作面與撤架通道不同距離下圍巖變形特征進(jìn)行了研究； 張金虎等人對(duì)末采期間頂板來(lái)壓特征及支架合理支護(hù)阻力進(jìn)行了研究，對(duì)撤架通道支護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化[4-6]。

由于特厚煤層工作面頂煤厚度大，預(yù)掘撤架通道受工作面回采超前支承壓力影響，易發(fā)生頂板事故。本文以斜溝煤礦23101 工作面為工程實(shí)例，擬通過(guò)對(duì)特厚煤層預(yù)掘撤架通道采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)分析，為合理選擇支護(hù)方式奠定基礎(chǔ)。

1 工作面概況

斜溝煤礦23101 工作面平均埋深為325 m。工作面開(kāi)采煤層為13#煤，煤層平均厚度14.08 m，煤層柱狀圖如圖1 所示。工作面以西為采區(qū)回風(fēng)上山，東面為23103 工作面（未回采）。根據(jù)23101工作面設(shè)備參數(shù)，工作面撤架通道設(shè)計(jì)寬度為4.9 m，高度為3.0 m。

圖1 工作面頂?shù)装逯鶢顖D

2 數(shù)值模擬分析

回采工作面的超前支承壓力是影響撤架通道穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，因此選擇采用數(shù)值模擬方法分析撤架通道的力學(xué)狀態(tài)演化過(guò)程?？紤]工作面回采超前支承壓力傳遞狀況，設(shè)定工作面總回采長(zhǎng)度為85 m，因此模型尺寸為660 m×200 m，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，設(shè)定23101 預(yù)掘撤架通道寬4.9 m，高3.0 m，模型底板固定y 方向移動(dòng)，兩側(cè)固定x 方向移動(dòng)，模型如圖2 所示。

圖2 模型及柱狀圖

為了研究工作面回采對(duì)預(yù)掘撤架通道產(chǎn)生的影響，模擬工作面以10 m/d 的速度向前推進(jìn)，采高為3.5 m，放煤高度為10.5 m，采放比為1:3。工作面在靠近撤架通道時(shí)煤柱應(yīng)力分布變化曲線如圖3 所示，模擬兩者相距距離分別是45 m、35 m、25 m、15 m、10 m 和5 m。

圖3 煤柱應(yīng)力分布

1）煤柱應(yīng)力分析。通過(guò)對(duì)撤架通道和回采工面距離不同時(shí)，兩者間煤柱中應(yīng)力的分布狀態(tài)分析可以看出，當(dāng)兩者距離大于35 m 時(shí)，回采工作面超前支承壓力對(duì)撤架通道圍巖基本無(wú)影響。當(dāng)距離小于35 m 時(shí)，回采工作面超前支承壓力開(kāi)始顯著影響撤架通道側(cè)應(yīng)力分布，撤架通道側(cè)應(yīng)力集中程度要高于回采工作面超前煤壁側(cè)，伴隨著應(yīng)力集中程度的不斷增加，撤架通道的變形狀況也將出現(xiàn)不同程度的增加。

2）煤柱屈服狀態(tài)分析。回采工作面同撤架通道距離為35 m、25 m、15 m、10 m、5 m 和0 m 時(shí)煤柱的屈服狀況如圖4 所示。

圖4 煤柱屈服狀態(tài)

通過(guò)對(duì)回采工作面推進(jìn)過(guò)程中煤柱的屈服狀態(tài)分析，可以看出，當(dāng)回采工作面距離撤架通道10 m 范圍時(shí)，煤柱的屈服范圍不斷地?cái)U(kuò)大，并且在靠近頂板的位置，煤體發(fā)生了連續(xù)的屈服區(qū)，直至兩者相距5 m 時(shí)煤柱發(fā)生了全部屈服。為了防止煤柱的突然失穩(wěn)導(dǎo)致撤架通道頂板以及工作面頂板出現(xiàn)壓力激增狀況，在煤柱為10 m 時(shí)，應(yīng)對(duì)煤柱進(jìn)行注漿加固措施，提高煤柱的整體穩(wěn)定性，并且當(dāng)撤架通道壓力顯現(xiàn)時(shí)，應(yīng)該對(duì)撤架通道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

3 礦壓監(jiān)測(cè)分析

根據(jù)上述應(yīng)力特征分析，在撤架通道掘進(jìn)完成后，對(duì)工作面末采期間撤架通道礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)共有2 個(gè)，其中1#測(cè)點(diǎn)布置在機(jī)頭側(cè)，2#測(cè)點(diǎn)布置在機(jī)尾側(cè)。工作面末采期間撤架通道圍巖變形如圖5 所示。

圖5 回采期間撤架通道圍巖曲線

從圖中可以看出，在機(jī)頭側(cè)，當(dāng)工作面機(jī)頭距離回撤通道49 m 時(shí)，圍巖的變形量開(kāi)始顯著增加；工作面機(jī)頭距離回撤通道為22 m 時(shí)，撤架通道巷幫變形量達(dá)到最大，為375 mm，頂板最大下沉量為100 mm，底板最大變形量為362 mm，煤柱幫的最大變形量為187 mm，巷道主要變形為底鼓。在機(jī)尾側(cè)，當(dāng)工作面距離回撤通道41 m 時(shí)，圍巖的變形量開(kāi)始顯著增加；工作面距離回撤通道12 m 時(shí)，巷道的變形量達(dá)到最大，巷道頂板、底板、煤柱幫和工作面幫的位移量分別為93 mm、163 mm、209 mm 和267 mm。

礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在工作面超前支承壓力影響下，撤架通道圍巖變形主要集中在兩幫與底板，但變形量基本在可控范圍內(nèi)，通過(guò)采煤機(jī)的截割，可保證撤架通道的正常使用。

4 結(jié)語(yǔ)

以斜溝煤礦23101 工作面為工程實(shí)例，采用數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)特厚煤層綜放工作面撤架通道礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行了分析探討，認(rèn)為在工作面超前支承壓力影響下，當(dāng)撤架通道與工作面距離小于35 m 時(shí)，回采工作面超前支承壓力開(kāi)始顯著影響撤架通道側(cè)，撤架通道側(cè)應(yīng)力集中程度要高于回采工作面超前煤壁側(cè)； 當(dāng)撤架通道與工作面距離為10 m 時(shí)，煤柱的屈服范圍開(kāi)始擴(kuò)大，并且在靠近頂板的位置，煤體發(fā)生了連續(xù)的屈服區(qū)； 當(dāng)撤架通道與工作面距離為5 m 時(shí)煤柱完全處于屈服狀態(tài)。礦壓監(jiān)測(cè)表明，在工作面超前支承壓力影響下，撤架通道圍巖變形主要集中在兩幫與底板，但變形量基本在可控范圍內(nèi)，通過(guò)采煤機(jī)的截割，可保證撤架通道的正常使用。