邵廣印

（淮南礦業(yè)集團(tuán) 謝橋煤礦，安徽 阜陽 236221）

淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋煤礦煤層瓦斯賦存量高，局部有突出危險性。尤其是隨著開采深度和開采強(qiáng)度的不斷加大，瓦斯涌出量也逐漸增大[1]。因此，在回采巷道掘進(jìn)時，往往需要布置相應(yīng)的高（底）抽巷掩護(hù)順槽掘進(jìn)，在高（底）抽巷布置鉆場，向順槽方向布置抽采鉆孔，超前抽采瓦斯，待瓦斯?jié)舛冉档偷皆试S濃度后，再掘進(jìn)順槽，工作面一般為典型的一面四巷布置[2]。

高抽巷作為沿空留巷Y型通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)巷道，除了受到掘進(jìn)期間的工程擾動外，還將承受工作面回采的強(qiáng)動壓影響[3]，對比研究高抽巷圍巖采動前后的應(yīng)力場及高抽巷圍巖破壞特征，是進(jìn)一步研究動壓影響下高抽巷圍巖控制技術(shù)的基礎(chǔ)[4]。

1 工程地質(zhì)概況

謝橋礦某工作面煤層平均厚度1.20 m，工作面標(biāo)高－662.0～－636.5 m。煤層頂板和底板均為泥巖和砂質(zhì)泥巖。為解決瓦斯涌出量較大、防止煤與瓦斯突出等，工作面軌道順槽、運(yùn)輸順槽上方均布置高抽巷，平距為25 m，高抽巷外錯，法距為15～35 m，層位關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 巷道層位關(guān)系示意圖

2 UDEC數(shù)值模擬

采用UDEC數(shù)值模擬軟件建立軌道順槽和軌道順槽高抽巷計(jì)算模型，考慮模型邊界效應(yīng)及計(jì)算效率，模型幾何尺寸選為高×寬＝127 m×220 m，工作面實(shí)際長度為220 m，在模型中開挖107 m。

根據(jù)地應(yīng)力測試結(jié)果，在上邊界施加17.12 MPa應(yīng)力，模型左、右及下邊界巖面出現(xiàn)約束法向位移。

2.1 掘進(jìn)期間巷道垂直應(yīng)力

掘進(jìn)期間的巷道垂直應(yīng)力場如圖2所示。

圖2 掘進(jìn)期間巷道垂直應(yīng)力場云圖

圖3 回采期間巷道垂直應(yīng)力場云圖

由圖2可知，在平距為25 m、法距為27 m的情況下，巷道掘進(jìn)期間高抽巷與軌道順槽的垂直應(yīng)力場沒有疊加形成應(yīng)力增高區(qū)，避開了相互之間的開掘擾動，高抽巷回采側(cè)垂直應(yīng)力峰值達(dá)到27.8 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.51，非回采側(cè)垂直應(yīng)力峰值達(dá)到31 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為1.68，非回采側(cè)與回采側(cè)應(yīng)力分布基本相同，也說明高抽巷基本處于軌順開挖影響范圍之外，應(yīng)力顯著增加的區(qū)域在應(yīng)力峰值向外2 m，2～15 m區(qū)域應(yīng)力緩慢減小，在15 m以外進(jìn)入原巖應(yīng)力區(qū)。

2.2 回采期間巷道垂直應(yīng)力

回采期間的巷道垂直應(yīng)力場如圖3所示。

由圖3可知，在軌道順槽與軌道順槽高抽巷中間位置出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力集中達(dá)到44 MPa，此位置距離高抽巷底板約5 m，距離高抽巷回采側(cè)幫8 m，距離軌順頂板11.6 m，距離軌順非回采側(cè)幫12 m。同時在應(yīng)力集中區(qū)的左上角出現(xiàn)了應(yīng)力降低區(qū)，最小應(yīng)力達(dá)13 MPa，此區(qū)域面積約為22.3 m2，最小應(yīng)力值點(diǎn)和應(yīng)力集中最大值點(diǎn)基本處于同一高度，水平方向向左偏移4 m，距離高抽巷底板約5 m，距離高抽巷回采側(cè)幫12 m，距離軌順頂板11.6 m，距離軌順非回采側(cè)幫8 m。

采動結(jié)束后，高抽巷兩幫最大應(yīng)力值達(dá)31 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)1.68，從應(yīng)力增量范圍和數(shù)值大小來看，回采側(cè)受到的采動影響大于非回采側(cè)。高抽巷回采側(cè)應(yīng)力增量最大值達(dá)5 MPa，峰值在距離巷幫8.5 m深的基巖內(nèi)。0～3 m范圍內(nèi)，應(yīng)力增量波動；3～8.5 m深的范圍內(nèi)，隨著深度的增加，應(yīng)力增量增大；8.5 m以深部基巖，應(yīng)力增量逐漸變小。非回采側(cè)應(yīng)力增量最大值達(dá)2.9 MPa，峰值在距離巷幫3 m深的基巖內(nèi)，0～3 m范圍內(nèi)，應(yīng)力隨深度的增加而增大，3 m以深部基巖，應(yīng)力增量隨深度增加而減小。

3 巷道位置優(yōu)化

采用UDEC數(shù)值模擬軟件，建立模型方法同上節(jié)。高抽巷的法距取為25 m，平距分別為0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m，考察高抽巷不同位置時巷道的塑性區(qū)。由于巷道頂板及兩幫有U型棚及錨索支護(hù)，故塑性區(qū)較小，各方案的區(qū)別較小，因此著重對巷道的底板破壞進(jìn)行比較分析。模擬結(jié)果數(shù)據(jù)整理如圖4所示。

由圖4可知，在巷道掘進(jìn)期間，高抽巷處于圖通位置時，頂?shù)装?、兩幫移近量基本相同，說明高抽巷取不同的平距對巷道掘進(jìn)期間巷道的變形量并沒有明顯影響。巷道掘進(jìn)期間，隨著巷道平距的變大，巷道兩幫呈微弱的減小趨勢，均值為147 mm，頂?shù)装宄霈F(xiàn)微弱的變大趨勢，均值為356 mm，但趨勢都不明顯。

在工作面回采期間，由于動壓影響，高抽巷取不同的平距，巷道的變形區(qū)別較大，隨著平距的增大，巷道變形基本呈顯著變小的趨勢。現(xiàn)以平距為25 m的收斂量為基準(zhǔn)進(jìn)行分析，平距為20 m時，頂?shù)滓平鼮榛鶞?zhǔn)的1.15倍，兩幫移近量為基準(zhǔn)的1.47倍，變形量與基準(zhǔn)相差不大；平距為10～15 m時，巷道變形為基準(zhǔn)的1.5～1.8；平距為0～10 m時，巷道變形為基準(zhǔn)的2倍以上。

4 結(jié)論

經(jīng)論述，得出以下2點(diǎn)結(jié)論：①平距∈[0 m，28 m]、法距∈[0 m，17 m]的大致矩形區(qū)域?yàn)閺?qiáng)動壓影響區(qū)，高抽巷的布置應(yīng)該避開此區(qū)域；②工作面軌道順槽高抽巷的平距為25 m，法距為15～35 m，基本避開了強(qiáng)動壓影響區(qū)，但法距為15～20 m的巷段處于強(qiáng)動壓影響區(qū)邊緣，因此在類似工程中可將法距調(diào)整為20～35 m。

圖4 不同位置高抽巷變形比較