二次采動煤巷圍巖破壞特點及失穩機理研究

摘 要:文章通過現場監測數據和模擬分析研究了二次采用煤巷的圍巖破壞特點及失穩機理，從理論上給受采動影響巷道的圍巖變形控制提供了幫助。

關鍵詞:二次采用煤巷 特點 失穩機理

中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0108-01

1 緒論

受采動影響的巷道在我國煤礦生產中普遍存在，具有量大面廣的特點。此類巷道是一種受煤層開采影響形成強烈支承壓力的特殊類型巷道，采動影響期間圍巖變形劇烈，維護困難，目前有50%以上采動巷道的支護與圍巖變形不相適應，支架損壞嚴重。無論從理論上還是實際生產中，掌握該類巷道的圍巖變形活動規律并對圍巖變形進行控制是十分必要的。二次采動煤巷的變形破壞現象包括:

(1)頂板下沉。雖然頂板的支護強度較大，但由于兩幫下沉失穩和底鼓嚴重而導致頂板明顯下沉。(2)兩幫收斂。兩幫內擠，肩部沿直接頂底部產生水平錯動，底角處由于兩幫失角內擠尤為嚴重，從而形成“W”形。(3)底鼓嚴重。

2 二次采動煤巷圍巖的破壞特點

通過對山東某礦巷道的長期監測和數據整理，我們發現二次采動煤巷圍巖的破壞具有以下特點:

(1)圍巖變形具有明顯的時間效應。未受采動時，初始的變形速度很小，受其影響后，變形逐漸增大并趨于穩定，但仍以較大的速度產生流變，且持續的時間較長。如不采取有效的支護措施，則會由于圍巖變形量的持續增大，將導致巷道斷面急劇收縮，嚴重影響巷道使用。(2)圍巖變形有明顯的空間效應。在距工作面30～90m范圍內都有不同程度的影響:巷道受采動影響在采距小于30m時開始顯現，而在小于15m后位移明顯增大，當采距小于5m時出現急劇增大現象尤其是推采過后2～3天。(3)受采動影響后圍巖表現出軟巖特性。巷道不僅頂板下沉量大且容易冒落，兩幫也劇烈位移并伴隨底板的強烈底鼓頂板下沉量、兩幫移進量和底鼓量的比值一般為1∶1∶2。

3 二次采動煤巷變形破壞失穩機理分析

相鄰采面采動影響的全過程由工作面前方開始。根據圍巖性質、采深、煤層厚度等因素不同，其超前距離由10～20m至40～50m不等，到工作面附近，采動影響已相當劇烈。其峰值區多數情況是位于工作面后方5～20m范圍內。為了對二次采動煤巷變形破壞的機理進行分析，我們首先分析了回采工作面前后方的應力分布和護巷煤柱的應力分布，如圖1、圖2所示。

通過分析我們發現，工作面前方采動影響帶內巷道圍巖的變形、移動和破壞，上要是由工作面前方支承壓力和沿傾斜側向支承壓力的疊加作用引起的，而工作面后方采動影響帶內巷道圍巖的劇烈變形、移動和破壞是由巷道上方和采空區一側頂板彎曲下沉和顯著運動所引起的，兩者在礦壓顯現劇烈程度上通常有明顯差別。由此我們認為造成二次采動煤巷變形破壞的主要原因有:

(1)二次采動導致煤巷失穩。工作面推過之后，采空區頂板巖層將出現不規則跨落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，它們使巖層處于松散狀態，上覆巖層大部分呈懸空，懸空巖層的重量要轉移到工作面前方和采空區兩側的煤柱和煤體上，引起采場周圍的巖層運動和應力重分布。回采巷道受強烈支承壓力作用后，圍巖變形量大大地超過巖石的彈性變形范圍，使原本保持穩定的巷道，由原來的硬巖特性轉而表現為工程軟巖的特性，產生大的塑性流變和破壞區域。(2)煤柱寬度不合理。布置巷道時保護煤柱預留寬度不合理也是導致煤巷變形破壞失穩的重要原因之一。如圖3所示，由于護巷煤柱尺寸的不同，順槽可能的位置有3種:在應力降低區中(圖中位置1)，在應力增高區(圖中位置2)，在原巖應力區(圖中位置3)。最佳的巷道位置為1所示的地方，相應的煤柱尺寸即為合理煤柱尺寸。(3)支護結構及設計參數不合理。結構的內力狀態與支護體系的約束情況有很大關系。不正確的支護結構及設計參數，會在巷道中形成應力集中區，如圖4所示。

4 結論

通過分析我們發現二次采動煤巷圍巖的破壞具有:圍巖變形具有明顯的時間效應，圍巖變形具有明顯的空間效應和受采動影響后圍巖表現出軟巖特性的特點;造成二次采動煤巷變形破壞的主要原因有:二次采動導致煤巷失穩，煤柱寬度不合理和支護結構及設計參數不合理。

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