回采工作面開采對巷道圍巖穩定性影響研究

李云龍

（山西西山晉興能源有限責任公司，山西呂梁033600）

巷道圍巖本身具有天然的承載結構，隨著采煤工作面的不斷推進，其對于巷道圍巖產生變形破壞，由于開采的方式和技術手段的差異，而產生不同的變形破壞結果。通過分析回采工作面開采工作的實際狀況以及影響巷道圍巖穩定性的因素，可以在開展回采過程中，盡量減少影響因素干擾，優化支護方式和支護參數，保障巷道圍巖穩定，進而確?；夭砂踩?。下面展開詳細的論述。

1 回采工作面實況

結合煤礦開采的具體形式，回采工作面通常是包括了空間架構、設備應用、割煤方式、支架移架支護等四個角度的內容，并成為煤炭回采工作的主要狀態。針對23114采煤工作面進行分析，有助于把握煤礦開采的關鍵技術和對巷道圍巖穩定性的影響，進一步指導安全生產。主要內容如下。

1.1 空間架構分析

在開采過程中，受到回采工作面空間大小的限制，選取采煤方法來確定回采工作面的寬度、放頂步距、充填步距等具體數值，進而構成回采工作的空間范圍。確定回采工作面的空間構成，主要是堅持空間足夠、便于維護以及通風良好的原則，從寬度和高度兩個領域進行設計。同時，考慮到煤層的分布情況，還需要確定回采工作面的長度。23114 工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤方法進行回采，走向長度2346.79m，傾斜長度244.27m，工作面煤層平均厚度14.56m，采高為3.8m，放煤高度10.76m，采放比約為1∶2.83，循環進度、放煤步距均為1.6m，頂板采用全部垮落法管理采空區頂板。

1.2 設備應用分析

23114工作面采煤機用滾筒將煤裝入SGZ1000/2×1200型前部運輸機內，頂煤放下進入SGZ1200/2×1200型后部運輸機內，分別經前后運輸機運送到SZZ1350/700 型轉載機內，經PLM4000 型破碎機破碎后落到DSJ160/3500/4×500 型膠帶運輸機上，經運輸系統運輸至地面煤倉。實際上，不同的設備型號也在影響著回采工作面的開采狀況。

1.3 采動分析

在回采工作面開采中，通常采用單向割煤法和雙向割煤法來完成巷道內部的割煤工作。此外，在采煤機進刀方式上則是包括了斜切式和直臥式兩種，其對于周圍環境的影響差異就集中在采煤機運行切割的強度上，還會造成割煤效率、落煤速率等的差異。23114采煤工作面選用SL750 型電牽引采煤機落煤，采用端部斜切進刀、雙向割煤的方法，往返一次割煤兩刀的方式。

1.4 支護分析

回采工作面開采的支架移架支護主要是根據采煤機割煤的前后順序來進行支架的移動，從而保障支護安全。23114 工作面端面距為460mm，經計算工作面最大控頂距為6855mm，最小控頂距為6055mm。工作面中間支架采用本架操作進行移架，頭三尾四過渡支架采用鄰家操作進行移架，追機移架及時支護。采煤機割通機頭并退至距機頭50m 外停機，順序移過前部運輸機機頭、過渡支架、機頭段后部運輸機、正巷超前支架、轉載機，移端頭支架時先移下幫側端頭支架，再后移上幫側端頭支架。通過支架阻力觀測、單體液壓支柱阻力觀測、頂板離層儀觀測以及支護質量動態監測，對工作面頂板活動規律、來壓特征、支架受力特征、超前支承壓力影響范圍和分布特點以及支護質量進行分析，進一步了解圍巖變形情況及規律。

2 影響巷道圍巖穩定性的因素及與回采工作面開采的關系

2.1 圍巖強度及其結構特征

圍巖強度對巷道的變形和破壞起決定性作用，巷道圍巖的變形破壞還與圍巖的構造特征有密切關系。其中最主要的是層理的發育程度，層理的存在使得圍巖強度大大降低，節理裂隙的存在容易引起頂板局部冒落或巷幫片幫。因此，節理間距、分層厚度的大小對巷道圍巖穩定性的影響也是不可忽視的。

2.2 增藏深度

巷道的埋藏深度是確定巷道圍巖穩定性的基本因素之一，它直接決定原巖應力的大小，采動應力集中系數一般為2.5～5。隨著深度的增加，圍巖移近率不斷增加,巷道圍巖變形加劇。

2.3 煤層傾角

由于巷通圍巖最大主應力方向垂直于頂底板,故在煤層傾角不同時，巷道的主要受壓方向和大小也不同。在回采影響階段,煤層傾角越大，會導致支承壓力帶長度和應力集中系數也相應越小。

2.4 地下水的影響

圍巖中含水率較高時，會加快和加劇巷道圍巖的變形和破壞，地下水對相當數量的巖石軟化、泥化和膨脹等作用，從而使圍巖強度大為降低并產生較大的塑性變形；對節理發育的巖體，水能使受節理剪切的破碎巖塊間的摩擦力減小，從而導致強度降低。

3 模擬分析

根據FLAC3D數值模擬23114 工作面回采后工作面超前支承壓力分布狀態，距離23114回采工作面煤壁10.2m 的煤體中，超前支承壓力達到最大值24.6MPa，應力集中系數為3.78；

距離超過40m 左右后，工作面前方煤體中的垂直應力趨于原巖應力。巷道頂板淺部位置屬于垂直應力釋放區，隨深入頂板應力值逐漸升高，距頂板11m左右出現垂直應力峰值；在23114 材料巷頂板11m 左右，沿巷道軸向方向，應力最高值為14.6MPa，應力集中系數為2.24，低于工作面的超前支承壓力24.6MPa。

4 總結

綜上所述，通過分析回采工作面開采對巷道圍巖穩定性的影響，主要是從回采工作面開采工作的實際情況出發，結合能夠影響巷道圍巖穩定性的因素，探索回采工作面開采工作當中具有的影響巷道圍巖穩定性的因素，通過模擬分析，合理規避并預控影響因素顯現，保障工作面回采的質量和效率，提高開采的安全性和穩定性，確保安全生產。