采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究.docx

? ? 采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究 ? ? 朱 影，张宜海，蒋绍军 (1.昆明煤炭科学研究所，云南 昆明 650200；2.云南省煤炭产业集团有限公司，云南 昆明 650032；3.云南东源镇雄煤业有限公司，云南 昭通 657200) 我国煤矿每年的巷道掘进量约为20000km，其中70%～80%的巷道都受到工作面采动应力影响，表现出底鼓严重、围岩变形大等特点，变形后的巷道围岩再生裂隙发育，若不及时进行治理，最终可能导致冒顶甚至巷道的整体失稳，采动影响下巷道围岩稳定性控制问题严重困扰着我国煤炭资源的安全高效开采[1-3]。 国内外许多学者针对采动巷道围岩变形及控制方面开展了研究[4-8]。马念杰等[9]基于深部采动巷道围岩应力环境，探讨了顶板稳定性影响因素进行了，认为支护体必须要有足够的长度和延伸性能才能保持顶板围岩稳定，并据此提出了可接长锚杆支护新技术。康红普等[10]提出了高预应力、长度较短的强力锚索支护方式，并解决了漳村煤矿受掘进和回采叠加、重复采动影响回采巷道围岩控制难题。黄炳香等[11]认为采动巷道围岩大变形破坏实质上是围岩应力超过其强度，导致围岩出现峰后变形破坏，采动巷道围岩大变形具有显著的长时流变性和围岩结构整体滑移特征。余伟健等[12]基于巷道开挖应力场和煤层回采应力场的耦合应力计算模型，对受工作面回采频繁扰动影响的巷道大变形问题进行了研究，认为反复扰动后围岩力学强度降低，致使巷道围岩由弹塑性变形过渡到松动变形是造成支护整体失效或巷道大变形关键原因。王炯等[13]分析了德通煤矿采动影响巷道破坏现象及围岩应力演化规律，提出了采动巷道协同卸压围岩稳定性控制技术。张宏伟等[14]分析了神新公司宽沟煤矿工作面超前垂直应力升高影响范围和巷道塑性区分布，提出了优化支护方案解决了该矿特厚煤层综放工作面回采巷道支护难题。徐佑林等[15]分析了仲恒煤矿“三软”煤层115-101回风巷变形破坏原因，认为上方工作面强烈采动影响是关键因素，并提出了“卸-转-固”围岩控制技术。陈晓祥等[16]研究了高平七一煤业9104工作面运输巷迎采对掘期间巷道围岩的变形规律、煤柱尺寸及相应支护参数，发现临近回采工作面对掘进工作面影响最大的阶段是相遇前方20m至后方100m。张艳丽等[17]研究了重复采动条件下急倾斜煤层回采巷道变形破坏特征，发现该条件下巷道围岩变形破坏具有非对称特点，并提出了针对性的支护方式。这些成果从不同层面阐述了采动巷道围岩变形及控制技术。 云南省地处我国西南边陲，是我国重要的煤炭生产区域。云南省镇雄矿区北部井田主采C5煤层，煤田范围大，煤层底板松软，顶板软弱破碎，巷道围岩变形严重，经常返修，尤其是受到采动影响后，有时会出现支护体失效的情况，存在较大的冒顶隐患，严重影响了综采工作面的快速推进，制约了矿井的安全高效开采。 以云南东源镇雄煤业有限公司长岭一号煤矿为工程背景，针对152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题，采用现场监测、数值模拟等研究方法，分析采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律，并提出针对性的围岩控制方案，为类似条件下的巷道支护提供借鉴。 1 工程背景 云南东源镇雄煤业有限公司长岭一号煤矿是云南煤炭产业集团主力矿井，位于地处云、贵、川三省交界处的镇雄县城东北部，行政区划隶属于镇雄县塘房镇管辖。矿井始建于2005年，2011年投产验收，核定生产能力60万t/a，采用平硐开拓，布置有主平硐、副平硐和回风井。 152106工作面位于一水平101采区，其北部为152107待掘工作面，南部为152105采空区，东为轨道上山，西部为边界煤柱，工作面地面标高为+1609～2025m，井下标高+1600～1618m。工作面走向长1222m，倾向长200m，采用单一走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。152106工作面有三条平行巷道，分别是轨道巷、运输巷和回风巷，其中轨道巷与运输巷间距8m，运输巷与回风巷间距200m，切眼与三巷垂直布置。在回采过程中，轨道巷主要用作进风、运送材料、铺设管线设备、排水以及行人，并作为152107工作面的回风巷；运输巷主要用作运煤及瓦斯抽放；回风巷主要用作回风和行人、瓦斯抽放、排水。在轨道巷与运输巷之间，每隔100m左右布置一个联络巷，采用锚网、锚索支护，主要用作通风、避难硐室及行人。工作面平面布置如图1所示。 图1 工作面布置 轨道巷断面净宽3.6m、净高2.8m，顶板采用钢筋树脂锚杆、锚索、锚梁、皮带(钢绳)加铁丝网进行支护，巷道帮部采用管缝锚杆、玻璃锚杆加铁丝网进行支护。巷道支护断面图如图2所示。 图2 轨道巷支护断面(mm) 152106工作面开采C5b煤层，煤层呈近水平产状，煤层倾角2°～6°，煤层比较稳定、厚度变化不大，煤层平均厚度为2.1m，