回采工作面采空侧巷道矿压显现规律

明丽萍

（山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司， 山西 昔阳 045300）

引言

在目前井工煤矿的生产过程中，回采工作面两巷的矿压和支护一直是影响工作面回采效率和工作强度的重要因素。尤其是巷道处于已采工作面的采空侧区域范围内时，这两个因素对回采工作的制约现象就表现的尤其突出。针对上述情况，煤矿实际生产中通常的应对措施为增大煤柱宽度、扩大巷道断面预留巷道收缩空间以及加强回采时的超前支护。但较大的煤柱尺寸和大断面巷道势必造成成本提高和生产过程中的管理难度。确定一个合理的断面和支护形式，既能满足回采工作需要又不过度增加掘进和支护成本尤为重要。

通过在回采工作面的顺槽中设置矿压测点，在工作面回采过程中长期连续的进行巷道变形量的测量，经过较长时间的实际观察资料收集，然后对记录数据归纳推理对回采工作面采空侧巷道的变形进行分析，不但对单点的变形过程进行了描述，同时对不同测点进行纵向比较，总结了采动巷道的变形幅度和范围。最后利用得出的初步规律在下一个工作面进行验证和修正，以找出具有实际指导意义的矿压规律。

1 设置矿压观测点

为了确定工作面采动期间巷道内超前支承压力的准确影响范围，在15201工作面初采前确定在工作面顺槽中设观测点做巷道变形跟踪记录。本次实验着重观测工作面采空侧巷道的变形情况，所以测点设在工作面进风顺槽中。在工作面进风顺槽中每20 m设一个观测点并从工作面向外依次编号1、2、3…，测点覆盖长度400 m。在记录巷道的变形量时取巷帮中部位置为基准点，测量数据分为顶板下沉量c，巷道底板底鼓量d，巷道宽度变化量b三个数据以及测点距工作面距离l。同期要记录巷道的超前支护距离和支护密度。观测频率为每三天一次或每5 m一次。

本次设站的回采工作面概况：进行矿压观测的回采工作面位为阳煤五矿五林井四采区，工作面倾向长120 m，走向长600 m，回采15号煤，煤厚平均5.5 m。工作面进风顺槽为采空侧巷道，回风顺槽在实体煤中掘进。进风顺槽顶板采用锚索、巷帮采用锚杆金属网联合支护，锚索规格：Φ21.6 mm×5.2 m，进度锚索长度5.0 m，加强锚索长度8.0 m。初采时间为2012年4月。相邻的15203工作面（工作面进风侧）初采时间为2008年5月，间隔时间47个月。两工作面之间煤柱宽度20.0 m。

2 数据收集

每次收集数据后按日期列表记录。在工作面初采前记录第一次记录数据，此时巷道未受采动影响，作为原始数据。后期随工作面回采推进逐段记录数据。后期数据和原始数据比较得出巷道变化量。结合工作面推进速度、记录间隔时间计算变化强度（变化速度）。记录表样如表1、表2所示。

表1 2012年4月10日数据记录 m

表1记录时间为2012年4月10日，由于此时工作面未到初次垮落间距且巷道变形量不大，故将表1作为原始数据。

下页表2记录时间为2012年4月19日。表1表2为记录表样限于篇幅其余表格不逐一列出。

表2 2012年4月19日数据记录 m

后期数据提取时表格中的b、c、d分别记为ncm格式，代数中n代表测点号，m代表表格序列号。例如：8c9表示8号测点在第9表格中的数值。

3 变形分析

3.1 工作面推进过程中的距离曲线图

在实际数值提取中，初采前的数值以及测点距离工作面超过一定距离后巷道断面数值可作为断面的原始参数，随着工作面向前推进参数数值的变化，当工作面推进至测点位置时巷道的变形达到最大，此时测出的数值和原始数值比较即是工作面巷道在采动影响下的最大变化量（顶板下沉）。

Δncmax=ncx-ncy，ncx为n号测点第一次测量值，ncy为n号测点最后一次（即工作面推进至该位置时）测量值，两者之差为该处巷道在采动影响下的最大变形量。

如图1、图2所示为本次矿压观测中7号点和10点的顶板下沉量曲线图，横坐标表示测点到工作面距离，纵坐标表示顶底板变化量。

图1 7号点巷道位移量曲线图

图2 10号点巷道位移量曲线图

相邻两次数值之差即巷道变形量，每个测点逐次变形的累积即该处巷道受到采动影响后变形总量；把不同测点的变形量反应出不同地段在采动影响下巷道的影响幅度。

3.2 根据测点不同时期的变化量和记录间隔时间比较形成的变化量速率曲线图

由于工作面超前支承应力基本固定在工作面前方的一个区域，所以远距离巷道的变形量很小，可视为不受影响。在实际观测中得出，巷道断面的较大变形基本集中在一个区域之内。这个区域也就是工作面前方的煤壁超前支承应力作用区，需要重点加强支护。

根据相邻两次记录时数据的变化量，相对于间隔时间作比较可算出巷道变形速度，即采动影响程度。

如图3、图4所示为7号点和10号点巷道变形速率图。曲线的梯度反应了巷道变形剧烈程度。相对于位移曲线图，该曲线重点反映巷道变形和时间的关系。图中曲线选取的时间段为测点处有明显变化到工作面推进至测点处的这一段。不同地点的两支曲线形状有所区别，但从形态上比较可看出每个测点的变形幅度剧烈段都集中在一个区域内，从开始变形到达到活跃期以及剧烈期到衰减点虽然是一个过程，但经历时间都较短。

图3 7号点变化量速度曲线图

图4 10号点变化量速度曲线图

在速度曲线图中，高峰值均发生在距离工作面30 m左右的区域内，后期下降的端点为测点到达回采工作面的日期。

在15201工作面的实际生产中，4—8月份的推进速度基本稳定保持在每月80 m左右，工作面进风顺槽的超前支护根据工作面的具体矿压显现保证了40～50 m的长度。

4 结论

在上述的总体条件下，参照实测的数据，结合上面的曲线图可得出以下结论：

1）进风顺槽受工作面采动影响可分为三个区域：采动影响剧烈区，0～20 m段；采动影响明显区20～40 m段；采动影响存在区40～70 m段。其中第一、第二段为被动支护区，第三段为支护加强区。

从40～70 m段开始，工作面采动对顺槽开始发生影响，巷道开始变形。由于该段巷道变形较小，所以原有支护还在发挥主要作用，这一段的支护属于主动支护，主动支护的特征是锚索有断裂现象但巷道顶板下沉量较小。

随着工作面的推进，当测量段距离工作面进入20～40 m段时，巷道的变形量开始急剧增大，随着变形增大变形裂隙向深部发展，巷道顶板下沉量达到20 cm以上时巷道原有的锚索支护开始破坏，巷道变形速度加快，同时造成更大支护失效。此时巷道围岩变成松散缓冲层，支承应力部分向煤体深部转移，其余部分通过围岩直接作用在后期的加强支护上。目前在生产中这一段也属于支护重点区域，支护方法为液压单体柱板梁，平均密度为每平米一根单体柱。

当测量段距工作面0～20 m段时，巷道处于采动影响剧烈区。在这一段尽管加强支护还有进一步补强，但原有支护基本完全失效，巷道围岩的整体性已被破坏，主要表现在巷道顶板已不再是整体下沉，而是已破碎的网包形式压缩巷道空间。此时的巷道支护处于完全被动状态。

2）在采空侧顺槽的变形量，巷道高度变化主要由两部分组成：顶板下沉量与巷道底板底鼓量。顶板下沉量平均值为15cm（巷道距工作面20 m以上），巷道底板底鼓量的平均值为45 cm。巷道高度变化的平均值为60 cm。在测站观测过程中底板变形受到队组工程修复的影响（巷道底板底鼓影响轨道运输需要频繁起底），数值偏低，观测最大值40cm，平均25 cm。巷道的实际收缩量为：巷高40 cm，巷宽1.2 m。巷道收缩量为0.58 m巷道变形明显。理论上在出去加强支护支柱占用的空间后仍能满足安全规程要求的0.8 m×1.8 m的安全空间，但人员通行、材料运输以及工作面通风受到较大影响。原理上可在设计时采用更大断面，但是实际生产反应出的问题是大断面更容易发生失稳且工作面生产时的支护难度更大，所以建议加强原来巷道的支护密度，采用延长锚索长度深部固定已应对后期工作面20～40 m段的失稳问题。

3）在类似地质条件下，工作面顺槽的超前支护在完整顶板时，40～50 m支护长度基本满足顺槽需要；巷道顶板破碎段，超前支护需要延长到70 m。在类似条件下，目前的支护条件虽然能保守的应付生产需要，但是属于较被动阶段，进一步加大支护密度效果已不明显，而且对巷道的通风运输使用也产生严重影响。外部支护阻力的提高有利于正向提升巷道围岩对矿压的支护作用，建议可以采用高分子材料注浆加固围岩提升巷道围岩的整体性。

4）15201工作面进风顺槽的巷道支护在顶板良好的情况下满足需要，在顶板较破碎时，巷道支护仍需加强。根据工作面后期补加锚索的经验得知，当巷道变形量超过15 cm时（一般位于工作面机头到距离工作面20 m段）巷道锚索几乎失去支护效果。15201工作面是在五林井矿井生产后期衔接的一个工作面，和相邻的15203工作面回采间隔约四年时间，原来工作面回采后已处于稳定期，15201工作面回采未发现相邻工作面有大顶活动现象。为有效弱化采空区对相邻工作面的影响，应尽可能的延长两个工作面的生产时间，根据矿井实际生产经验，工作面回采结束24个月后采空区上部岩层经过塌落充填后进入稳定期。