S2205工作面長壁綜放回采對工作面順槽的影響分析

史紅邈，孫 淼，宋曉波，王宇軍

（潞安集團余吾煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046103）

S2205工作面長壁綜放回采對工作面順槽的影響分析

史紅邈，孫 淼，宋曉波，王宇軍

（潞安集團余吾煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046103）

根據(jù)工作面煤體上方直接頂及老頂懸露面積的不同，建立不同的圍巖結構模型，采用理論分析的方法，得出了長壁綜放回采對工作面順槽的影響機理，并以余吾煤業(yè)公司S2205綜放工作面為工程背景，對綜放回采影響下工作面順槽變形規(guī)律進行實測分析，得出了該地質條件下綜放回采對工作面順槽的影響范圍及程度。

綜放回采；工作面順槽；變形規(guī)律；圍巖結構模型

本文運用理論分析的方法，以開切眼為研究對象和起點，根據(jù)直接頂及老頂懸露面積大小的不同建立相應的圍巖結構體，理論分析長壁綜放回采對順槽的影響機理，并結合余吾煤業(yè)有限責任公司地質條件，以S2205綜放工作面為工程背景，對綜放回采影響下工作面順槽的變形規(guī)律進行實測分析，得出綜放回采對工作面順槽的影響范圍。

1 長壁綜放回采對工作面兩側順槽的影響機理分析

工作面兩側順槽在整個服務期內(nèi)主要經(jīng)受開挖、采動工序的影響。工作面順槽的開挖使得巷道圍巖體受力狀態(tài)由三相變?yōu)槎蛏踔羻蜗颍锏绹鷰r的自身承載能力隨之降低，圍巖向巷道的臨空面移動，先后發(fā)生彈塑性變形、松動膨脹變形；在工作面采動影響下，圍巖的強度逐漸降低甚至消失。根據(jù)直接頂及老頂懸露面積的不同建立老頂垮落前后工作面順槽圍巖的結構模型，以分析得出長壁綜放回采對工作面順槽的影響機理。

1.1 直接頂垮落前綜放回采對順槽的影響機理

綜放開采初期，工作面從開切眼向前推進，工作面順槽受綜放回采的影響較小。隨著工作面的推進，煤層上覆巖層中直接頂?shù)膽衣┟娣e逐漸增大。直接頂垮落前的圍巖結構模型，見圖1。

分析圖1可知，A區(qū)域為工作面順槽開挖時所產(chǎn)生的松動破碎區(qū)域，未受采動影響前，在支護力作用下，A區(qū)域可保證其自身穩(wěn)定狀態(tài)。開采初期，在工作面采動支承壓力作用下，頂煤產(chǎn)生豎直及水平變形，鉛垂方向表現(xiàn)為壓縮變形，水平方向表現(xiàn)為膨脹變形，使得頂煤體發(fā)生強度破壞，出現(xiàn)應力、應變集中現(xiàn)象，致使頂煤體受采動影響所產(chǎn)生的各種裂隙逐漸張開，工作面上方煤體形成松散頂煤區(qū)域，如圖1中C區(qū)域所示。由于頂煤所受的約束條件逐漸減弱，使得松散頂煤區(qū)域的范圍也逐步過渡到工作面順槽上方，使處于破裂、塑性區(qū)域（A區(qū)域）內(nèi)工作面順槽圍巖體逐步過渡到松散、破碎狀態(tài)，形成了一定厚度的松動垮落區(qū)域（圖1中B區(qū)域），由于此時直接頂懸漏面積較小以及老頂對上覆巖層的支撐作用，使得直接頂荷載對下部巖體支承作用力及范圍均比較小，B區(qū)域內(nèi)在靠近煤柱與靠近工作面兩側出現(xiàn)一定的厚度差。理論上可認為在煤柱寬度較為合理的情況下，對靠近工作面一側的順槽圍巖進行及時加固措施，可使工作面初采期（直接頂未垮落前）對工作面順槽的穩(wěn)定性影響在可控范圍之內(nèi)。

1.2 老頂垮落前綜放回采對順槽的影響機理

隨著工作面的向前推進，當直接頂達到其極限跨距時，直接頂開始垮落。在下部工作面采動的影響下，工作面上部煤體過渡到破碎流動階段，且雜亂堆積，煤體的總體力學特性類似于散體結構。老頂垮落前，圍巖所形成結構模型如圖2所示。

分析圖2可知，工作面老頂垮落之前，工作面順槽圍巖松動垮落區(qū)域較工作面直接頂垮落前有所增大，在靠近工作面?zhèn)热鐖D1所示的B、C區(qū)域外部，逐步過渡形成如圖2所示的D區(qū)域，即順槽圍巖出現(xiàn)更大范圍的松動垮落區(qū)域。在該點前方的一定距離之內(nèi)（沿著工作面推進方向），圖2中顯示的D區(qū)域在范圍及厚度上均逐漸減小。地質條件不同的情況下，沿工作面推進方向的距離也有所不同。

2 綜放回采影響下工作面順槽變形規(guī)律實測分析

2.1 工作面基本情況

S2205綜放工作面位于余吾煤業(yè)公司南二采區(qū)，地面標高為+934.0m～+966.0m，工作面標高為+432.5m～+492.2m。工作面北接南二采區(qū)1號回風下山、進風下山、膠帶下山（已掘），西臨S2206設計工作面（未采），南面為實體煤，東有F2斷層及X34陷落柱。工作面回采走向長1201.0m，傾斜長1203.2m。工作面切眼設計長度265.0m，傾斜長265.1m，斜面積318968m2。工作面在南北走向方向上的3號煤層整體為一背斜構造，平均坡度2°。東西整體為東高西低形態(tài)。工作面采用端部割三角煤斜切進刀，工作面采用MGTY—400/930-3.3D型雙滾筒采煤機（滾筒截深0.8m），放煤步距為0.8m。為了降低回采對工作面順槽的影響，超前二次支護長度選擇80m。工作面圍巖及特征如表1所示。

表1 圍巖及其特征表

3.2 測點布置情況

在余吾煤業(yè)S2205綜放工作面順槽內(nèi)布置4個監(jiān)測斷面，采用“十”字布點法按設表面位移監(jiān)測儀，分析隨綜放工作面推進過程中工作面順槽變形規(guī)律，包括巷道頂板下沉量、兩幫收縮量以及采動影響范圍。測點布置示意圖，見圖3。

各觀測站每天觀測記錄4次，3號測站由于受回采影響程度較大，每天記錄8次。

2.3 觀測結果分析

對各測站觀測數(shù)據(jù)進行分析，取3號及4號測站數(shù)據(jù)并繪制測點距工作面不同距離時測點處圍巖變化（包括兩幫收縮量及頂板、底板位移量），示意圖，圖4、圖5。

分析圖4和圖5可知，受工作面回采的影響，在觀測期間內(nèi)，兩幫最大位移量接近400mm，頂板下沉量最大值約260mm，頂?shù)装遄畲笠平拷?80mm。在工作面前方約65m處，工作面順槽圍巖開始受到工作面回采的影響；在工作面前方35m到25m范圍內(nèi)，工作面順槽兩幫及頂?shù)装逡平渴懿蓜佑绊懴鄬^小；進入工作面前方25m范圍內(nèi)后，兩幫及頂?shù)装逦灰扑俣让黠@加快；10m范圍內(nèi)，位移速度達到最大。

通過對綜放工作面采動影響下工作面順槽變形（巷道頂?shù)装逡平俊蓭褪湛s量）的影響分析可知：在工作面前方約35m的范圍內(nèi)，受采動的影響，工作面順槽圍巖表面發(fā)生了不同程度的變形；距離工作面35m～25m的范圍內(nèi)，巷道頂?shù)装寮皟蓭兔后w表面有不同程度的破碎，底鼓及側鼓現(xiàn)象發(fā)生，此時應加大支護力度，防止巷道的進一步破壞；在25m～10m的范圍內(nèi)，巷道圍巖體內(nèi)一些原有裂隙得到了較為充分的發(fā)育，同時也產(chǎn)生了一些新的裂隙，而新舊裂隙間相互貫通，使的煤體逐漸產(chǎn)生強度破壞；距離工作面10m的范圍之內(nèi)，工作面順槽受近距離采動的影響，煤壁煤體所受應力達到其極限應力，煤體產(chǎn)生破碎與離散，支護體支撐能力減弱，巷道兩幫及頂?shù)装逡平棵黠@增大。所以，在綜放回采期間，為保證工作面順槽的穩(wěn)定性，需在工作面順槽約65m的范圍內(nèi)進行局部超前加固措施，以保證工作面的正常回采。

3 結論

通過上述分析可得以下結論：（1）工作面煤體上方直接頂垮落之前，綜放回采對工作面順槽穩(wěn)定性影響較小，巷道圍巖能保證穩(wěn)定狀態(tài)主要取決于巷道在開挖過程中對圍巖進行的支護措施，隨著工作面老頂?shù)目迓洌锏绹鷰r需進行二次加固措施后才能保證其處于穩(wěn)定狀態(tài)。（2）在余吾煤業(yè)有限公司S2205工作面地質條件下，綜放工作面前方65m處，工作面順槽圍巖受到工作面回采的影響；35m到25m的范圍內(nèi)，工作面順槽圍巖兩幫及頂?shù)装逡平渴芫C放采動影響相對較小，進入工作面前方25m范圍內(nèi)，兩幫及頂?shù)装逦灰扑俣让黠@加快，10m范圍內(nèi)，位移速度達到最大。（3）從現(xiàn)場角度來看，S2205工作面二次超前支護選擇80m的長度是較為合理的。在整個回采過程中，工作面周邊巷道都能保證其自身穩(wěn)定性。

[1]孫淼.松軟厚煤層長壁綜放工作面順槽穩(wěn)定性控制理論技術研究[D].太原：太原理工大學,2010.

[2]吳健.我國放頂煤開采的理論研究與實踐[J]，煤炭學報，1991（9）:32-33.

Influential Analysis oFLong-wall Fully Mechanized Caving on Crossheading among S2205Working Face

SHI Hong-miao,SUN Miao,SONG Xiao-bo,WANG Yu-jun

(Yuwu Coal Co.,Lu'an Mining Group,Changzhi Shanxi 046103)

Upper immediate rooFarea is differenTfrom the suspending area oFmain rooFover the working face,so differenTsurrounding structure models should be built.By the theoretical analysis,the influential mechanism oFlong-wall fully mechanized caving on the crossheading is concluded.According to the S2205working face,Yuwu Coal Industry Co.,the deformation rule oFcrossheading is studied and the influential scope and degree under the local geological condition are obtained.

fully mechanized caving;crossheading on working face;deformation rules;surrounding rock structure model

TD822+.3

A

1672-5050（2011）07-0024-03

2011-03-15

史紅邈（1975—），男，山西武鄉(xiāng)人，本科，助理工程師，從事煤礦管理工作。

徐樹文