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1、屯兰煤矿沿空留巷顶板变形量实测研究摘摘 要要沿空留巷“Y”型通风技术既解决了上隅角瓦斯问题，又提高了采区回采率，在高瓦斯矿井中的应用尤为普遍，但是受地质条件及周边采掘活动的影响，导致沿空留巷巷道断面缩小，不能满足通风及运输断面，增加了整巷费用及用工成本，所以，对沿空留巷巷道进行数理性研究是非常有必要的。通过在沿空留巷巷道布置测站实测顶底板移近量和顶板离层量，得到大量可靠数据。顶板锚固范围内岩层稳定，范围外推断存在离层现象。顶底板移近量较大，可适当加大超前支护强度，减缓断面收敛。关键词：实测；顶板离层；断面收敛目目 录录沿空留巷，在技术和经济上都具有很大的优势。首先，沿空留巷可以完全取消区段煤柱
2、，较大幅度的降低掘进率，提高采区回采率，对改善近距离煤层的巷道维护十分有利。其次沿空留巷可实现工作面Y型通风，采空区的漏风主要流向留巷，从根本上解决了上隅角瓦斯积聚难题。采空区内部易积存大量高浓度瓦斯，利于实现高浓度瓦斯抽采，具有重大的社会经济效益与安全高效开采效益12。本文以山西焦煤集团公司屯兰矿18205工作面为工程背景，重点分析研究沿空留巷顶板变形量随工作面推进变化规律，得出有益结论，为以后的锚固方案的确定以及全集团沿空留巷稳定性维护方案的推广提供确凿依据。1 工程概况山西焦煤集团公司屯兰矿18205工作面采用沿空留巷技术，主采8#煤层，煤岩总厚度2.3-3.65米,平均厚3.0米，倾角
3、3-7，平均5，属近水平中厚煤层。直接顶为石灰岩，平均厚度为0.6 m,老顶为粉砂岩，平均厚度为4.21 m。工作面布置如图1所示：18203工作面回风巷经过浇注巷旁高强度墙体后，留作下一工作面-18205工作面的皮带巷，巷道断面高为3.5 m，宽5 m，断面17.5 m2，采用“锚杆+锚索+圆钢托架+金属网”的联合支护形式。2顶板变形量观测方案上工作面回采后，直接顶垮落充满采空区，基本顶旋转下沉接触至直接顶的破碎松散体是导致顶板变形量的主要原因，故直接顶岩层厚度和碎胀系数是顶板变形量的主要原因。沿空留巷顶板变形量按照成因不同可大致分为三部分：关键块的给定变形、顶板岩层离层量和岩体弹塑性变形。
4、18205工作面皮带巷18203浇注墙体18205工作面18205采空区18203采空区18205浇注墙体18207工作面轨道巷18207工作面图1 18205工作面布置示意图采用塔尺和离层仪分别监测18205工作面皮带巷顶底板移近量和顶板离层量。顶板离层仪深、浅基点安设深度分别5.4米和2.5米。为距工作面100米时开始观测，每天一次，观测工作由专人负责，数据统一收集整理。3 观测结果分析图2为顶板深部、浅部，总离层量折线图。从图中可以看出，在距工作面94米时，采动应力开始影响顶板离层情况。其后，随着工作面继续推进，深部、浅部、总离层量持续增加。在距工作面25米处深部离层急剧增加，浅部离层量
5、略有下降，同时导致总离层曲线相继上升，说明此时锚固范围之上存在大量离层空间，锚固范围内可能会有漏顶。本次观测数据最大值为总离层量15mm，本文认为数据整体基本合理，可列入参考依据范围。01234567891011121314151009481715545322512 到工作面距离(m)离层量(mm)深离层数 浅离层数 总离层数图 2 顶板离层量折线图图 3 为顶底板移近量折线图，图中中断处为过转载机无法测量而遗漏数据。上覆岩层变形受基本顶运动状态控制，上覆岩层运动剧烈程度随直接顶厚度增大而不断降低1。顶底板移近量受采动影响变化剧烈，同时本工作面直接顶厚度只有 0.6 米左右，更加加剧顶板下沉活
6、动。020406080100120140160180200130 123 113102 89 7465 54 4336 21 1410 5 0距工作面距离顶底板移近量图 3 顶底板移近量折线图4 顶板变形量影响因素分析顶板下沉量的影响因素有很多，较常见的有围岩强度、原岩应力水平、支护方式及强度、巷道断面大小、采动二次应力等等。根据现有研究成果，影响沿空巷道顶板变形量的主要因素可分为四种：支护阻力、直接顶厚度、顶板弹性模量和巷道宽度2-3。4.1 支护阻力顶板变形量与支护阻力呈反比关系，即随着支护力的逐渐增加，顶板变形量减小。沿空巷道是一种特殊围岩结构的巷道，它的特殊性在于巷道一侧为采空区，侧向
7、约束力很小。若顶板施加过大的支护阻力，直接顶破碎的岩块将会被挤入采空区，失去传力作用，导致锚固结构的彻底失效。由此可见，在实际施工中支护阻力并不是越大越好，选取一适中支护阻力即可。4.2 直接顶厚度直接顶厚度越大，顶板的承载能力和储存变性能的能力就越大，顶板的变形量就会越小。岩层是在漫长的地质年代中经过沉积地质作用形成的，其厚度可谓是复杂多变，这一因素带来的影响也就具有不确定性。在屯兰矿以后的沿空留巷中应注意直接顶厚度的变化情况，根据厚度的变化合理增加或减小支护强度达到支护成本的经济最优化要求。4.3 顶板弹性模量巷道顶板变形量与直接顶弹性模量成正变关系，随着岩石弹性模量的增加，顶板储存变形势
8、能的能力减小。通常来说，在一个矿井范围内的岩层力学性质不会有太大的变化，因此岩石的弹性模量对顶板变形量的影响程度基本处于一个较稳定的阶段。4.4 巷道宽度巷道顶板变形量随巷道宽度的增加而增加。到目前为止，屯兰矿沿空巷道宽度始终为 5m,也就是说，巷道宽度对顶板变形量的影响程度始终不变。但是随着屯兰矿产量的提高和大型设备的使用，必然会使用大断面沿空巷道，因此巷道宽度是一个潜在的影响因素。5 主要结论通过在18205工作面皮带巷内设置观测站，收集到大量实测数据，数据真实可靠，可作为沿空留巷稳定性评价依据。主要结论如下：（1）由收集到的数据可以看出，巷道支护方案合理有效，达到预期目标。（2）在距工作
9、面较近时，锚固范围外会产生大量离层，本文建议在地质条件恶劣时可适当加大顶板锚杆长度或增加锚索数量。（3）顶底板移近量比较大，累加移近量接近300mm，断面收敛变形严重，应适当增加超前支护强度，减小断面收敛。（4）基于现有研究成果，直接顶厚度是一个影响屯兰矿沿空巷道顶板变形量变化的主要因素，巷道宽度是潜在因素，支护阻力和顶板弹性模量对其影响程度基本不变。参考文献： 1阚甲广.典型顶板条件下沿空留巷围岩结构分析及控制技术研究D.徐州：中国矿业大 学，2009 2张东升，马立强，茅献彪.综放（采）大断面原位沿空留巷技术M.徐州：中国矿业大 学出版社，2009 3 张国华.主动支护下沿空留巷顶板破碎原因分析J.煤炭学报，2005,30（4）:429-432 4 张士钰.沿空留巷充填墙体参数研究J.中国矿业，2010,89（7）：80-83 5康红普，牛多龙，张镇等.深部沿空留巷围岩变形特征与支护技术J.岩石力学与工程 学报，2010,29（10）：1977-1987
