采动影响下接续面巷道围岩变形机理与控制研究.docx

? ? 采动影响下接续面巷道围岩变形机理与控制研究 ? ? 王志强，刘吟苍，田 野，王 鹏，于 峰 (1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院，北京 100083；2.西安科技大学 西部煤炭绿色开发国家重点实验室，陕西 西安 710054；3.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室，北京 100083；4.中国矿业大学(北京)煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心，北京 100083) 随着采煤技术的快速发展，在矿井的日常生产中发现了许多的问题。工作面回采工作开始后，受采动影响导致巷道围岩不稳的现象也会随之出现。采面的两条巷道受采动影响最大，但其随着回采工作的进行，不需要后续的巷道维护工作。而其接续工作面待使用的回采巷道，因工作面还处于待开采阶段，需要不断地进行巷道维护，避免出现巷道围岩变形过大无法使用的情况出现，会消耗大量的人力、物力去维护巷道[1]。如果能考虑采动影响，在接续工作面回采巷道进行针对性支护，就会减少扩帮、拉底等巷道维护工作。在采动巷道围岩变形与控制技术方面，诸多学者进行了研究与实践。通过各种围岩变形监测方法，获取了许多的围岩变形规律，并进行了围岩稳定性控制的技术研究与设计。 前人的研究大多关注回采工作面的巷道围岩变形规律与控制手段[2-7]。因此本文研究在采动影响下，接续工作面的回采巷道围岩变形规律及控制技术，根据前人的研究，通过对接续工作面的运输巷进行巷道围岩移近量进行统计测量，结合理论分析与数值模拟，确定出其因采动产生的影响范围，并对该区段的巷道进行支护方案优化。 1 工程概况 内蒙古平庄能源老公营子煤矿位于赤峰市元宝山区，该井工程地质条件较好，煤质较好，基岩含水，地质构造简单。3、4、5、6煤组是主要可采煤组，全区分布，厚度变化较大，结构较简单。 6#煤层平均厚度25m左右，属于巨厚煤层，6-1煤层厚度为1.5～5.5m，平均厚度4.7m，煤层倾角8°～13°，煤层顶板为粉砂岩、砂质泥岩，平均厚度75m，硬度f为4～5。局部为泥岩、粗砂岩夹杂煤线呈厚层状。泥岩灰色厚层状夹碳质泥岩互层，部分区域含粗砂岩。细砂岩、粗砂岩成分以石英长石为主呈次圆状，钙质胶结状态松散。6-1煤层煤岩物理力学参数见表1。6#煤层岩性如图1所示。 图1 6号煤层柱状图 表1 煤岩物理力学参数 Ⅲ06-2(2)1工作面埋深400m左右，长度240m；基本液压支架型号ZY6800/19/42，工作面来压情况：初次来压步距45m左右，周期来压步距19m左右。Ⅲ16-1(2)运输巷道长862.3m，巷道设计断面为矩形断面，掘进宽4.6m、掘进高3.1m，掘进断面积14.3m2；净宽4.4m，净高3.0m，净断面面积13.2m2。 为缓解采掘关系紧张问题，I06-2(2)1工作面回采过程中，Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道对向掘进。Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道与Ⅲ06-2(2)1工作面间留设22m区段煤柱。Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道因在I06-2(2)1工作面回采过程中受采动影响较大，顶底板与两帮发生变形，严重影响到Ⅲ16-1(2)工作面之后的生产工作，并且需要大量的成本进行后续的巷道维护。故需要对Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道的围岩变形进行统计，进一步掌握其变形机理，通过优化支护方案来减小采动影响导致的围岩变形。 2 巷道围岩变形分析 2.1 现场观测 为确定回采对接续面巷道围岩变形的影响，结合前人的研究成果[8-12]，在Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道内超前工作面110m处设置观测点，观测点位置如图2所示。此处观测点超前工作面110m属于受采动影响较小的位置，随着工作面的推进，该点能够很好地表现出该运输巷受上工作面的采动影响，数据记录范围为距离工作面100m到滞后工作面60m。测量方法是通过十字交叉分别获得顶底板与两帮到中点的距离，获取该点的围岩变形数据。 图2 观测点位置 根据现场实际情况观察，Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道围岩的变形情况表现为：煤柱帮的锚杆发生内陷且帮部围岩突出明显，实体煤侧帮部变形较小，底板多处发生鼓裂现象，底鼓位置偏向实体煤侧，距离实体煤侧巷帮1.5m左右，底鼓呈现挤压拉伸破坏的特征，破断位置裂缝宽度达70～100mm，受底鼓影响运输轨道发生非对称的抬升，超前工作面20m范围内的木支柱发生挤压破断。 2.2 围岩变形数据分析 观测点围岩变形量监测结果如图3所示。 图3 巷道围岩变形量 由Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道围岩监测结果显示，巷道围岩变形的主要原因是受采动影响，监测点距工作面的距离越近，其围岩变形速率越大。从监测数据上看，巷道顶底板最大移近量692mm，两帮最大移近量444mm，严重影响到巷道的正常使用。 巷道围岩变形量的大小与巷道相对上工作面的位置关系密切。距工作面40m