煤柱下近距離煤層巷道的礦壓觀測與分析

王建鵬

(西山煤電(集團)公司 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

隨著礦井開采規模和產能的擴大，西山煤電集團公司杜兒坪礦井田地質條件逐漸由簡單向復雜轉變，出現了大量復雜困難支護巷道，包括高地應力巷道、特大斷面巷道、松軟破碎圍巖巷道、受二次或多次強烈動壓影響巷道及近距煤層復合頂板巷道等，68304底抽巷就是一個典型的受三次動壓影響的瓦斯治理巷道，對該巷道進行礦壓觀測與研究，并對巷道圍巖穩定性影響因素進行分析，是一個亟需解決的課題。

1 掘進工作面地質概況

礦井北三盤區68304工作面底抽巷標高1 003～1 044 m，蓋山厚度414～517 m，平均474 m。該掘進工作面位于北三9#煤盤區，東部和西部均為9#煤的實體煤柱，北部靠近北三9#煤瓦斯預抽巷，南部為北一下組煤回風巷。巷道掘送在上覆8#煤68304回風巷和68305回風巷中間的保護煤柱下，距68304回風巷水平距離為10 m，距68305回風巷水平距離為20 m。

68304工作面底抽巷掘進主要穿越的煤層為石炭系上統太原組9#煤層，煤層厚度穩定，煤厚2.50～4.45 m，總厚3.8 m 左右，煤層下半部含 1層 0.2 m左右的頁巖夾石，煤層傾向南東向，煤層傾角0～9°，平均4°。9#煤老頂為K3灰巖，厚度為7.2 m;直接頂為細砂巖，厚度為1.3 ～2.2 m，平均為1.5 m;直接底為泥巖，厚度為6.7 m;頂板類型為Ⅱ類，屬中等冒落型。

施工區段上覆8#煤層頂板厚度變化較大，為石灰巖、泥巖、砂泥巖。局部頂板巖性有變化。底板巖性:細砂巖、砂質泥巖、頁巖厚度較穩定。厚度穩定，厚度為4.1 ～6.2 m，平均 5.4 m，距頂板 1.0 m 左右有1層厚0～2.7 m左右的夾石，平均厚度為1.4 m。

2 圍巖結構觀測分析

68304工作面底抽巷頂板10 m范圍巖層的強度測量，圍巖強度分布特征，見圖1。

1)北三8#煤石灰巖直接頂，強度高，穩定性好，頂板好維護，68304面回風巷頂板采用簡單的支護就可保持穩定;在頂板4 m范圍內為石灰巖，完整性好，強度高，強度值集中在96～136 MPa，絕大部分強度高于100 MPa;4～10 m范圍為砂質泥巖，其強度值集中在40～80 MPa。

2)北三68304工作面底抽巷布置于9#煤層，8#煤層和9#煤層間距僅為1.5 m左右，北三8#煤強度較大，穩定性好，但局部碰到地質構造，煤層強度急劇降低，不利于煤幫穩定，可推測9#煤強度變化與8#煤層類似，遇到地質構造應加強支護，防止煤幫片幫。

圖1 圍巖強度曲線示意圖

3)北三盤區8#煤地應力測試結果顯示，在頂板4 m范圍內為石灰巖，完整性好，強度高，探針觸點強度值集中在96～136 MPa，絕大部分強度高于100 MPa;4～10 m范圍為砂質泥巖，其強度值集中在40～80 MPa。

4)所測區域形成σH＞σV＞σh型應力場，原巖應力場以構造應力為主，根據地應力場與巷道布置理論，掘進巷道最佳布置為巷道軸向與最大水平主應力的方向呈一定夾角為優，具體計算如下:

5)北三盤區9#煤層68304面底抽巷沿北偏西24°方位布置，最大水平主應力方向大致在N40°W，可以看出底抽巷軸向與最大水平主應力的方向夾角16°，二者夾角緊接25°，底抽巷布置方向接近最佳布置方式，因而受到地應力方向影響很小。

3 68304底抽巷掘進期間圍巖變形特征分析

北三68304面底抽巷在掘進期間將受到回風巷側向支承壓力的影響，巷道圍巖垂直應力分布曲線和巷道表面位移分布曲線見圖2。

圖2 垂直應力分布曲線和巷道表面位移分布曲線示意圖

1)由圖2(a)可知，在掘進過程中，盡管68304底抽巷受到回風巷側向支承壓力的影響，其靠近回風巷側支承壓力峰值為16.3 MPa，距左幫距離為3.0 m;而遠離回風巷側支承壓力峰值為16.0 MPa，距右幫距離也為3.0 m，表明回風巷側向支承壓力對底抽巷圍巖垂直應力影響較弱。

2)由圖2(b)可知，巷道右幫鼓出2.06 mm，左幫移出2.06 mm，頂板下沉12.31 mm，巷道變形量非常小。底抽巷表面位移監測數據表明，掘進期間，巷道表面位移受到68304面已掘回風巷的影響也很小，巷道圍巖保持了穩定。

4 底抽巷穩定性影響因素分析

北三盤區68304面底抽巷主要用于抽放68304和68305兩個工作面瓦斯，服務年限大致5年，其穩定性主要受以下因素影響。

1)9#煤地質條件影響。

北三68304面底抽巷布置在9#煤層中，沿9#煤頂板掘進，從井下已掘巷道實地揭露圍巖狀況來看，沿巷道走向分布有許多小的斷層及陷落柱，在地質構造帶附近，巷道頂板比較破碎，留頂困難，巷道需要加強支護;除了地質構造帶，底抽巷所處圍巖穩定，對巷道穩定性影響不大。

2)8#煤開采的影響。

北三盤區服務于8#煤瓦斯抽放的底抽巷布置在距其下部層間距為1.5 m的9#煤層，底抽巷用于抽放完8#煤層的瓦斯即完成其所用功能，不作為9#煤層回采巷道使用，因而9#煤層采動對其影響不考慮。底抽巷布置在近距下部9#煤層，8#煤層開采采動對其穩定性影響最大，是巷道支護設計主要考慮的因素。

3)地應力的影響。

地應力對巷道穩定性的影響主要體現在方向和量值上，前文分析可知，底抽巷所掘區域地應力屬于中等量值，而底抽巷軸向與最大水平主應力的方向夾角近似相等，因而地應力對底抽巷的穩定性影響很小，有利于巷道的維護。

5 結語

給定采用該礦原有支護形式與參數的前提條件下，底抽巷在掘進期間和受到上部臨近兩個工作面回采采動影響，模擬了巷道圍巖的變形與破壞特征。

計算結果表明，68304工作面回采對其穩定性影響非常明顯，回采期間，左幫、右幫、頂板位移量分別是掘進期間的140倍、93倍和15倍;而68305工作面回采后，底抽巷位移急劇增加，巷道基本處于癱瘓狀態，不過也滿足了抽放瓦斯的作用。通過圍巖變形特征分析，北三盤區68304工作面底抽巷在掘進施工和巷道掘送完成后使用中，頂底板的移近量、圍巖位移和錨索錨桿受力的觀察，效果較好。為今后礦井生產提供了寶貴的經驗。