回采巷道圍巖移動與變形分析

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐州機電工程分院，江蘇 徐州 221011）

摘 要：掌握回采巷道沿走向和傾向的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)而得出巷道變形破壞的基本規(guī)律，并利用這些規(guī)律進(jìn)行礦壓控制有著重要的意義。對回采巷道沿走向5個不同階段和沿傾向3個階段的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了必要的分析研究，提出回采巷道礦壓控制的關(guān)鍵在于減輕采煤工作對巷道造成的不利影響的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：回采巷道;移動與變形;規(guī)律

0 前言

回采巷道即區(qū)段巷道，有區(qū)段運輸平巷、區(qū)段回風(fēng)平巷、聯(lián)絡(luò)巷、開切眼等，兩平巷為工作面的兩安全出口，并且在通風(fēng)，人員進(jìn)出，運輸物料及工作面搬家發(fā)揮著無可替代的作用。新掘巷道周圍形成的破碎區(qū)、塑性變形區(qū)以及彈性變形區(qū)，隨著時間的延長，破碎區(qū)逐漸擴大，一直到新的平衡為止。在這個過程中，除了受巖石強度條件的影響外，支架的支撐作用和已經(jīng)破碎的巖塊之間的摩擦力也可以產(chǎn)生一定的抵抗力量。

1 回采巷道在走向方向的圍巖移動與變形

如果采用留護(hù)巷煤柱的區(qū)段平巷布置方式，從巷道開始掘進(jìn)到廢棄的整個過程中，巷道內(nèi)礦壓顯現(xiàn)（表現(xiàn)為斷面縮小及支架變形等）的劇烈程度有明顯差別。根據(jù)回采期間巷道內(nèi)不同地段上礦壓顯現(xiàn)的特點，礦壓顯現(xiàn)相應(yīng)地分布形成5個不同的礦壓顯現(xiàn)帶。

（1）第（I）礦壓顯現(xiàn)帶為掘進(jìn)影響帶。主要受巷道施工影響，隨著遠(yuǎn)離掘進(jìn)工作面，圍巖移動速度快速降低，常在掘進(jìn)工作面后方60～80 m處移動趨于穩(wěn)定。

（2）第（Ⅱ）礦壓顯現(xiàn)帶出現(xiàn)在無采掘影響階段。由于該帶中巷道不受掘進(jìn)和回采的影響，故圍巖基本上外于穩(wěn)定狀態(tài)。頂?shù)装逡平俣纫话阈∮?.5mm/d以下。

（3）第（III）礦壓顯現(xiàn)帶為前方采動影響帶。

（4）第（Ⅳ）礦壓顯現(xiàn)帶為工作面后方采動影響穩(wěn)定帶，出現(xiàn)在采動影響穩(wěn)定階段。在許多情況下，該帶內(nèi)的巷道移近速度可穩(wěn)定在0.5～1.0mm/d左右，因而該帶內(nèi)的巷道可在較長時期內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）第（V）礦壓顯現(xiàn)帶出現(xiàn)在下區(qū)段開始回采階段。即二次影響階段。其中第（I）和第（Ⅱ）帶內(nèi)累積的頂?shù)装逡平亢苄。瑓^(qū)段平巷內(nèi)頂?shù)装逡平恐饕怯善渌齻€帶形成的。如果以開始受回采影響后各帶累積的移近量作為總移近量，則不同礦壓影響帶內(nèi)巷道頂?shù)装逡平浚诳傄平恐兴急戎匾膊煌?/p>

2 回采巷道沿傾斜方向的圍巖移動與變形

巷道內(nèi)沿傾斜方向從煤體邊緣向煤體深部可分為3個不同礦壓顯現(xiàn)帶：煤體邊緣減壓帶（Ⅰ）、增壓顯現(xiàn)帶（Ⅱ）和穩(wěn)壓帶（III）。離開切眼距離最近的是煤體邊緣減壓帶（Ⅰ），即卸壓區(qū)。緊靠煤體邊緣卸載帶（Ⅰ）的是增壓顯現(xiàn)帶（Ⅱ）。最外圍的顯現(xiàn)帶是穩(wěn)壓帶（III）。疊加支承壓力作用在增壓顯現(xiàn)帶下，可導(dǎo)致頂板預(yù)先下沉、煤壁破碎片幫、產(chǎn)生沖擊地壓、煤與瓦斯突出等現(xiàn)象。增壓顯現(xiàn)帶（Ⅱ）內(nèi)部又可細(xì)分為3個小帶：壓力上升帶、壓力高峰帶、支承壓力下降帶。其中支承壓力下降帶分布范圍較大，帶內(nèi)支承壓力對巷道和支架的破壞程度較壓力上升帶較弱，且影響程度隨深入煤體內(nèi)部而逐漸減輕。

增壓顯現(xiàn)帶（Ⅱ）內(nèi)巷道維護(hù)費用往往會劇增但效果很差。當(dāng)回采工作面推進(jìn)較長距離后，區(qū)段煤柱內(nèi)的支承壓力，可隨頂板垮落而逐漸消失。

3 沿傾斜方向圍巖移動與變形分析

由于支承壓力沿傾斜的顯現(xiàn)特征隨與工作面的距離而發(fā)生一定的變化。這個變化過程不是在采后很短時間內(nèi)完成，而要經(jīng)過較長的時間。隨各礦具體條件不同，這個時間可能由2～3個月至1～2年。一般來說，采深和采厚越大，則開采以后巖層移動范圍越大，達(dá)到穩(wěn)定所需要的時間也越長。然而頂板巖石愈容易冒落，膠結(jié)和壓實再生的能力愈強，達(dá)到穩(wěn)定所需要的時間則愈短。

4 結(jié)論

通過以上分析研究可得出以下結(jié)論：

（1）控制圍巖的重中之重為初次來壓與周期來壓期間在支承壓力區(qū)的采動影響階段（III）。該帶處在回采影響最嚴(yán)重的地段，通常出現(xiàn)有頂?shù)装逡平俣鹊姆逯祬^(qū)，常使頂板在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量下沉。整個采動影響帶內(nèi)的巷道頂?shù)装逡平烤蓟夭捎绊懺斐傻捻數(shù)装蹇偭康?0%-60%，或者相當(dāng)于煤層開采厚度的11%-15%，有時甚至更大。

（2）由于巷道頂?shù)装宀粩嘁平斐善较镒罱K移近量很大，其值主要與煤層開采厚度等因素有關(guān)。實測統(tǒng)計平巷頂?shù)装蹇傄平浚s占開采厚度的15%-20%，有些情況還要大得多。平巷頂?shù)装蹇傄平縰按下式估算：

u=u1+v2*t2+u3+v4*t4+u5

式中u1、u3、u5---對應(yīng)影響帶內(nèi)頂?shù)装逡平?

v2、v4---對應(yīng)影響帶內(nèi)頂?shù)装逡平俣?

t2、t4---對應(yīng)影響帶內(nèi)頂?shù)装逡平掷m(xù)的時間。

根據(jù)上式求得的頂?shù)装逡平偭浚纱笾屡袛嗥较镏Ъ芩哂械目煽s量在其整個服務(wù)期內(nèi)是否夠用。以便采取減少頂板移近量的措施，或選用可縮量較大的支架，保證回采巷道良好維護(hù)。實際生產(chǎn)中還必須降低支承壓力的集中程度，可以選擇采用充填法處理采空區(qū)，采空區(qū)不留煤柱，避免兩個工作面相向回采防止支承壓力重疊，縮小控頂距減小支承壓力以及加快工作面推進(jìn)速度，減少頂板懸露時間的改善工作環(huán)境措施。初次來壓與周期來壓期間工作面可采取增設(shè)排柱、木垛、斜撐、抬棚等沿放頂線加強支護(hù)及強制放落頂板等措施。為減輕采動影響階段對回采巷道的影響除了加強支護(hù)、選擇合理回采工藝和工藝參數(shù)外，還要在比較科學(xué)的基礎(chǔ)上合理地布置回采巷道，采取能有效地減輕支承壓力對巷道危害的技術(shù)措施。

作者簡介：張繼周（1973-），男，本科，采礦高級講師，研究方向：采礦工程技術(shù)與安全。