王海龍

【摘 要】 文章以山西某礦4#煤層松軟圍巖沿空留巷為研究背景，采用數值模擬和現(xiàn)場實測的研究方法，基于對松軟圍巖沿空留巷表面變形規(guī)律研究和分析，提出了針對性加強支護方案。現(xiàn)場實測結果表明，采用加強支護措施后，松軟圍巖沿空留巷圍巖變形得以有效控制，滿足本工作面和下一工作面回采時復用的基本要求。

【關鍵詞】 松軟圍巖;沿空留巷;圍巖控制;錨桿支護

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）04-0009-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

近年來，沿空留巷技術憑借無護巷煤柱、低巷道掘進率、高煤炭采出率和低生產成本等優(yōu)勢，在我國各大礦區(qū)應用日益廣泛。本文針對山西某礦4#煤層軟巖沿空留巷圍巖變形較大，支護困難的問題，采用數值模擬的研究方法，研究了軟巖沿空留巷圍巖變形規(guī)律，并提出針對性的圍巖變形控制措施。

1工程概況

山西某礦現(xiàn)主采4#煤層，該煤層平均厚度為1.8m，平均埋深426m，平均傾角為6°，采用一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法進行回采。4#煤層4204工作面沿煤層走向布置，其北側為4202工作面（設計），南側為4200采空區(qū)，西側為西區(qū)回風巷，東側為4116和4118采空區(qū)。4204工作面皮帶運輸巷采用沿空留巷的方法布置，該巷斷面尺寸為4.5×3.2m（寬×高），巷旁充填體寬度為2m。

現(xiàn)場鉆孔實測及地質資料表明該礦4#煤層內部有原生裂隙發(fā)育，且含有1～3層厚度為0.04～0.05 m的夾矸。4#煤層偽頂為0.4m厚的灰黑色炭質頁巖，直接頂和直接底均為炭質泥巖，厚度分別為1.8m和2.9m，基本頂和基本底分別為細粒砂巖和炭質頁巖，厚度分別為4.3m和2.0m。

2松軟圍巖沿空留巷數值模擬研究

基于該礦4#煤層4204工作面頂底板巖層條件通過FLAC3D數值模擬軟件建立數值模型，探究了松軟圍巖條件下沿空留巷圍巖變形隨工作面推進的變化規(guī)律，以期為松軟圍巖沿空留巷圍巖支護提供依據。所建數值模型尺寸為220m×120m×80m（長×寬×高），模型邊界條件分別為：四周邊界固定水平方向位移，下部邊界固定垂直方向位移，上部施加20MPa的均布載荷。在巷道頂底板和兩幫中點處各布置一條測線，用以監(jiān)測模型開挖過程中沿空留巷圍巖變形隨工作面推進的變化情況。圖1為數值模型圖，表1為各煤巖層力學參數。

松軟圍巖沿空留巷表面變形量隨工作面推進的變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2可知，在超前工作面40m至滯后工作面50m范圍，沿空留巷頂底下沉量、底鼓量、煤體幫和充填體幫水平位移量分別增大至0.47、0.50、0.50和0.52m，而在滯后工作面50m至120m范圍內，沿空留巷表面變形量無顯著變化。故而，松軟圍巖沿空留巷表面變形量隨工作面距離的增大總體呈現(xiàn)出先快速增長后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，即在超前工作面40m至滯后工作面50m范圍內，沿空留巷表面變形量隨工作面推進而快速增加;在滯后工作面50m以后，沿空留巷表面變形量隨工作面推進基本趨于穩(wěn)定。主要是因為超前工作面40m至滯后工作面50m范圍內，在采動影響下，沿空留巷圍巖初始應力平衡狀態(tài)被打破，新的應力平衡狀態(tài)尚未形成，此時工作面推進所形成的動態(tài)應力場改變了其初始應力場，導致沿空留巷頂底板中間部位在拉應力影響下發(fā)生受拉破壞，造成較劇烈的頂板下沉和底鼓;同時，隨著工作面推進，采空區(qū)側頂板懸露面積逐漸增大，懸露時間也逐漸延長，導致沿空留巷煤體幫和充填幫因受較大的側向支承壓力而發(fā)生加大的水平位移。在滯后工作面50m以后，隨著頂板垮落，沿空留巷圍巖新的應力平衡狀態(tài)形成，此時沿空留巷圍巖受采動影響相對較小，圍巖受力狀態(tài)基本穩(wěn)定，所以該段沿空留巷表面變形相對穩(wěn)定。

3松軟圍巖沿空留巷圍巖控制方案

頂底板松軟、煤體幫和充填體幫側向應力高度集中是導致松軟圍巖沿空留巷圍巖表面變形較大的主要原因。因此，本文基于松軟圍巖沿空留巷圍巖變形的主要影響因素并結合數值模擬研究結果，提出了針對性的松軟圍巖沿空巷道加強支護方案，支護方案如圖3所示。支護參數如表2所示。

4現(xiàn)場監(jiān)測

為了掌握4204工作面沿空留巷（皮帶運輸巷）及該巷在二次使用期間圍巖變形情況，采用礦用本安型激光測距儀對該巷圍巖變形情況進行監(jiān)測。留巷過程中每隔100m布置一個測站。沿空留巷表面變形監(jiān)測儀護巷充填體構筑為監(jiān)測起始點。根據對比各測站所監(jiān)測的數據，本文取較為典型的2#測站所監(jiān)測數據為例，對沿空留巷表面變形隨工作面的推進的變化情況進行分析。沿空留巷表面相對移近量隨距工作面距離的變化規(guī)律如圖4所示，圖4中“-”表示滯后工作面。

由圖4可知，測點2所監(jiān)測的沿空留巷表面相對移近量隨工作面推進的變化規(guī)律總體上與數值模擬結果吻合，即沿空留巷表面相對移近量隨工作面推進呈現(xiàn)出先快速增長后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律。在滯后工作面0～300m范圍內，沿空留巷表面相對位移量隨工作面推進呈快速增長趨勢;在滯后工作面300m時，沿空留巷頂底板移近量和兩幫移近量分別由0m時的11.61mm和18.93mm增長至1052.90mm和992.96mm。在滯后工作面300～400m范圍內，沿空留巷表面相對移近量隨工作面推進無顯著變化，基本趨于穩(wěn)定;在滯后工作面400m時，沿空留巷頂底板移近量和兩幫移近量分別為1064.51mm和1003.04mm。綜上所述，采用本文所提出的松軟圍巖沿空留巷支護方案對4204工作面皮帶運輸巷進行支護施工后，該巷表面變形得到有效控制，能夠滿足在本工作面回采和4202工作面回采時復用的要求。

5結語

本文基于松軟圍巖沿空留巷圍巖變形的主要影響因素并結合數值模擬研究結果，提出了松軟圍巖沿空巷道針對性的加強支護方案?，F(xiàn)場實測表明本文所提出的加強支護方案有效控制了4204工作面皮帶運輸巷圍巖變形，能夠確保該沿空留巷滿足4204工作面和4202工作面回采使用要求。

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