孤岛工作面沿空掘巷矿压显现规律的研究

李志平

(山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 晋中 045300)

1 工作面概况

某矿8204-2工作面位于井田的东南部、二盘区的东北部，东邻8202采空区，西南为8204采空区，为孤岛工作面，西北部为F13810断层，东南部为二盘区回风巷，盖山厚度492～541m，平均517m。8204-2工作面为“刀把子”工作面，工作面可采走向长度1600m，倾向长度于采位1178m处，工作面加宽63m，倾向长146/209m，工作面主采煤层为3—5号煤层，倾角范围在1°～3°，煤层厚度在11.88～22.26m之间，平均为15.05m，为近水平煤层。工作面采用综采放顶煤工艺进行回采，回采巷道为三巷布置，其中2204-2巷是皮带巷，5204-2巷是回风巷，8204-2巷是高抽巷。

2 巷道围岩控制技术

巷道围岩控制的技术途径有巷道布置、巷道支护、巷道保护和巷道卸压等多种形式。为了主动减弱支承压力对巷道的影响，决定将2204-2巷布置在8202采空区边缘，采用小煤柱沿空掘巷技术控制巷道围岩。

2.1 小煤柱宽度确定

采空区侧向支承压力分布是确定小煤柱宽度的重要条件，而工作面端部结构又是决定侧向支承应力分布的关键性因素。因此，提出“三角形滑移区”端部结构，如图1所示。

图1 工作面端部结构及侧向支承压力分布

由于采空区不规则垮落带岩石碎胀系数的改变使“三角形滑移区”向采空区侧回转下沉，其垂直载荷由采空区的力与下方煤岩体共同承担，进而使煤柱上方的应力变小，为沿空掘巷提供低应力环境。

科研团队在塔山矿通过微震手段监测回采工作面侧向支承压力分布。微震事件监测说明：工作面侧向支承压力分布中应力降低区的范围为10m。为了将巷道布置在应力降低区范围内，结合矿井生产条件，确定煤柱宽度为8m。

2.2 沿空巷道支护方案

2.2.1 掘进期间巷道支护

2204-2巷断面为矩形，净宽度为5300mm，净高度为3500mm，采用“锚杆+锚索+W钢带+JW钢带+组合锚索+金属网”联合支护，其中金属网由8号铅丝制作，网格为100mm×100mm。巷道底板采用混凝土铺底，铺底厚度200mm，支护断面如图2所示。

图2 2204-2巷支护断面图(单位：mm)

2.2.2 回采期间超前支护

工作面超前300m范围内支护选用DW45-250/110X型号单体支柱、DJB800/420型顶梁，2204-2巷采用“三梁三柱”的支护方式，人行侧支护二排，转载机下帮支护一排，支护参数为柱距1.2m，排距0.6m。

工作面两端头出现顶板破碎，采取在顶板破碎处预注粘结材料加固顶板，确保工作面推进到此处时顶板完整。具体工艺为：在采煤帮距顶板1.5m处，斜向上与顶板夹角45°用风钻打注浆孔，注孔深4～5m，孔距3～5m。

3 沿空巷道矿压显现规律

巷道围岩位移量是衡量巷道矿压显现程度的重要指标之一。为了全面掌握和了解特厚煤层孤岛综放工作面沿空巷道在采掘期间巷道变形发生、发展、稳定的规律，采用“十字交叉”法对巷道表面位移进行观测，同时进一步分析、验证、评价小煤柱宽度留设及巷道支护的效果。

3.1 掘进期间围岩变形规律

掘进期间巷道围岩变形情况如图3所示：开挖初期巷道变形速度快，后期逐步变小，10～15d后位移量趋于稳定；巷道两帮位移量为21mm，顶底板位移量为17mm，两帮位移量略大于顶底板位移量。掘进期间采用的锚网索联合支护对策可以控制巷道围岩变形，其支护参数和支护要求也能够满足沿空巷道围岩控制要求。

D1—D5分别为5个不同的测点断面

3.2 回采期间围岩变形规律

回采期间巷道围岩位移量如图4所示。现场巷道位移量观测结果表明：受采动影响，两帮位移量为329mm，顶底板位移量为388mm。总体来看，顶底板位移量大于两帮位移量。

D1—D5分别为5个不同的测点断面

工作面推进期间，受到超前支承压力以及断层构造双重作用影响，超前工作面80m范围巷道发生明显底鼓，造成皮带输送机倾斜，工作面推进速度缓慢，严重影响工作面安全高效生产。为了解决底鼓，矿方决定在巷道底板施工卸压槽释放围岩集中压力，卸压槽参数为500mm(宽)×500mm(深)。实施卸压槽后，部分区域卸压槽发生闭合，一定程度上缓解了2204-2巷的底鼓，卸压效果明显。

4 结论

1)2204-2巷采用小煤柱沿空掘巷技术，“三角形滑移区”端部结构和微震监测得出采空区侧向支承应力降低区范围并确定小煤柱宽度为8m。

2)2204-2巷掘进期间采用“锚杆+锚索+W钢带+JW钢带+组合锚索+金属网”联合支护对策，回采期间又采取卸压措施，支护形式和参数能够控制巷道围岩变形。

3)巷道矿压显现规律为：掘进期间，两帮位移量为21mm，顶底板位移量为17mm；回采期间，巷道两帮围岩量为329mm，顶底板位移量为388mm；回采期间巷道变形大于掘进期间巷道变形，但围岩变形量均在可控范围之内。