沿空留巷围岩变形特征及加固支护技术研究

1、沿空留巷围岩变形特征及加固支护技术 研究马永刚鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二r摘要：为研宄沿空留巷巷道在掘、采全过程屮围岩变形规律及留巷巷道支护技术，以色 连二号矿12205采煤工作而辅运顺槽为工程背景，运用现场实测的方法，以围 若变形量和围若应力为指标，直接衡量沿空留巷巷道的变形规律，并在采煤过 程中对留巷巷道进行了不同方式的加固支护。研究表明：12205辅运顺槽围岩变 形受工作面采动影响主要为滞后影响，其中围岩变形剧烈影响区为工作面采后 30220m区段;不同区段、不同围岩条件、不同加固方法，巷道围岩变形差异均较 大;在工作而采动支承压力影响前主动加固留巷巷道顶板，能大幅降低巷道围岩

2、变形量。关键词：沿空留巷;围岩变形;应力，加固支护;作者简介：钟会军（1979-），男，工程师，毕业于黑龙江科技学院采矿工程专 业，现任鄂尔多斯市中北煤化工有限公司副总工程师，主要从事掘进、巷修技术 管理工作。收稿日期：2017-07-20received： 2017-07-200引言在我国煤矿开采进程中，随着采煤工作面出煤量的大幅增加及瓦斯涌出量的增 多，为缓减釆煤工作面运输、通风压力，双巷和多巷布置已逐渐成为目前我国大 产量煤矿冋采巷道的主要布置方式111。多巷留巷的布置方式是既为本工作面冋 采服务，也为下一工作面服务。这就需要留巷巷道的支护技术和服务期限必须能 够满足2个工作面回采要求。

3、留巷不仅受到本工作面超前与后方支承压力的作用, 而且受到下一个工作面超前支承压力影响。关于留巷的布置、围岩变形特征及相 对应的支护技术的研宄现状主要伍括:李化敏m根据沿空留巷顶板运动特点， 分为前期活动、过渡期活动和后期活动3个阶段，并给出了相应的支护阻力计算公式;黄艳利等m根据井下矿压监测数据，对沿空留巷围岩与充填体的分阶段 变形特征进行了分析;针对留巷围岩支护技术，煤炭科学研宄总院开釆设计研宄 分院开发出高预应力、强力锚杆与锚索支护系统，并在多个矿区得到推广应用， 取得良好支护效果£41。本文以色连二号矿12205采煤工作面辅运顺槽为工程背 景，以现场围岩变形特征和围岩应力实测为

4、基础，研宄留巷巷道受工作面采动 影响时的矿压显现规律，同时检验留巷巷道加固支护措施效果。1工程地质条件及监测方案12205工作面位于矿井一水平二盘区，工作面走向长240 m，倾斜长2 816 m,埋 藏深度33ct350 m;该面采用一面三巷布置，即12205回风顺槽、胶运顺槽及辅 运顺槽，其中12205辅运顺槽为留巷巷道，与胶运顺槽间距20 m，前期作为 12205工作面辅助运输巷，后期作为12206工作面回风巷。顶板岩性结构:该面 直接顶为细砂岩，平均厚1.5 m，老顶为粉砂岩，平均厚6. 8 m，12205工作面 2-2中煤层为近水平煤层，地质条件较为简单。煤（岩）层产状:倾向 229&

5、#176; 270°，倾角 02°，平均 1°。为了掌握12205辅运顺槽受工作面采动影响巷道围岩的变形规律，从开切眼位 罝开始，在辅运顺槽内共计布罝了 34个巷道围岩表面位移测点。为了监测色连 二矿12205辅运顺槽受工作面釆动影响时，巷道围岩的矿压显现规律及巷道加 固工程的支护效果，在距12205工作面切眼1 175 m联恭位置处设立围岩应力观 测站。在联巷两帮距底板约1. 5 m位置共安装了 16个围岩应力传感器，其屮广8 围若应力传感器安装在联巷左帮，916围若应力传感器安装在联卷右帮。2 12205辅运顺槽支护及加方案2.1掘巷期间支护方案12205辅运

6、顺槽拟采取安全掘进、采前加固、采后维护，分步治理方法控制巷道 围岩变形，保证巷道安全使用。掘巷期间12205辅运顺槽顶板采用4.8 m长的 w5型钢带，10菱形金属网和7根规格覬22 mmx2 500 mm螺纹钢锚杆支护，顶 板锚杆间排距730 mmx800 mm,顶板锚索采用“3_0”居中布置，锚索规格覬 17. 8 mmx7 300 mm;恭帮采用h型梯子梁，10菱形金属网和4根规格觀20 mmx2 500圃螺纹钢锚杆支护，巷帮锚杆间排距750圃x800画。在12205工作而回采初期过程中，工作而采动对12205辅运顺槽影响也不明显。 为了进行不同支护条件下巷道支护效果试验，在工作面回采初

7、期过程中，巷道 加固仅釆用打木点柱加固，局部区域配合木垛加固。木点柱使用直径不小于300 mm的松木，沿巷中施工lflh，间距800 mm;木垛使用规格为长x宽x高=1.5 mx0.2 mx0.2 m的枕木搭设，间距5 m,呈“品”字型布置。2.2补强加固方案由于hl采过程中巷道“端面效应”的消失，矿压显现明显，巷道围岩变形加剧。 因此,12205辅运顺槽采用规格覬21. 6 mmx 8 300 mm锚索配合长3 m的12槽 钢梁进行补强加固。具体加固方案如下：（1）自切眼位置开始至切眼向外350 m 处及自切眼向外950 m位置开始至工作面收作位置，在顶板沿巷屮补打1排走向 槽钢组合锚索。（

8、2）自切眼向外350 m位置开始至切眼向外500 m处，在该区 域巷中及靠煤柱侧各补打1排走向槽钢组合锚索。自切眼向外500 m位罝开始至 切眼向外950 m处，在该区域巷中及左右两侧各补打1排走向槽钢组合锚索。3 12205辅运顺槽s3岩变形特征3.1掘进期间矿压显现特征12205辅运顺槽采用锚索加锚杆支护。掘巷期间，巷道两帮移近量为l（t20 mm， 顶底板移近量为1030 imn,顶板没有离层，顶板锚索载荷变化值为1530 k n, 顶板锚杆载荷变化值为（t25 k n，巷帮锚杆载荷变化值为（t20 k n。说明该巷 道掘巷期间矿压显现不明显，巷道总体支护状况良好。3.2回采过程中矿压显

9、现特征沿空留巷作为特殊的回采巷道，受上覆岩层活动全过程影响，围岩变形破坏范 围较大，要想控制好此类巷道变形，必须使巷道支护适应顶板运动规律。为研究 方便，将老顶及其上部载荷岩层垮落后形成的平衡结构（斜跨梁结构），称之 为沿空留巷上覆岩体大结构。该结构不位支承体的稳定性与该结构本身的稳定性 密切相关，“大结构”稳定性对沿空留巷围若变形的影响很大5。12205辅运顺槽共设置了 34个卷道围若表面位移测点。为了掌握不同区段卷道 围岩的变形状况，分别选取距切眼128 m的6测点、距切眼470 m的13测点、 距切眼620 m的20测点及距切眼990 m的24测点的数据作为巷道围岩表面位移 分析指标。不

10、同测点位置巷道围岩变形量与工作面距离关系如图1所示。测点距工作面距禺xn0-50cm卜 cm 卜 00 h 寸 00ocm o lo o lo 1<tt i<c cj co00 co cc m 4 寸u/ 酬fe!>-150-200-250300cuq(a) 6#测点测点距工作面距离xn0ue-200z±uuu寸寸100寸；戸ss.90e；s is;3寸ihl(b) 13#测点测点距工作面距离xn图1不同测点位置巷道围岩变形量与工作面距离关系下载原图 由图1可以看出，在动压影响条件下，巷道围岩变形具有如下特点：（1）不同区 段、不同围岩条件、不同加固方法，巷道围岩变

11、形差异均较大。如距切眼550875 m顶板含煤线区段，由于采动影响前仅采用点柱和木垛加固，虽然后期采用锚 索补强，但该区段巷道围岩变形最严重，在动压影响期间内，该区段巷道顶底 板移近量一般为790950酮，两帮移近量一般为380450 mm;距切眼300 m以内 砂质泥岩顶板区段，虽然采动影响前也仅采用点柱和木垛加固，但在工作面回 采初期，由于巷道“端面效应”作用的存在，工作面冋采初期对辅运顺槽影响 不明显。因此切眼里段巷道围岩变形相对较小，在动压影响期间内，该区段巷道 顶底板累计移近量一般为300350圃，两帮累计移近量一般为12（tl50mm。（2） 在工作而采动支承压力影响前主动加固巷道

12、顶板，能大幅降低巷道围岩变形量。 如距切眼55（fl 000 m区段，顶板均含有煤线，其中距切眼900 m以里区段，在 工作面采动支承压力影响前仅采用点柱和木垛被动加固；而距切眼900 m以外|x: 段，在工作面采动支承压影响前己采用规格覬21.6 rmnx8 300 mm锚索配合槽钢 梁对顶板进行丫主动加固。所以距切眼900 m以外区段巷道围岩变形量大幅降低， 顶底板累计移近量一般只有42（t450 mm,两帮累计移近量一般也只有200215 mm,比受采动影响后冰采用锚索加闹的距切眼55（f875 m顶板同样含煤线区段， 巷道围岩变形量平均降低约50%。（3） 12205辅运顺槽围岩变形受

13、工作面采动影 响主要为滞后影响，其中围岩变形剧烈影响区为工作面采后3（f220 m区段，之 后巷道围岩变形减缓。当工作面采后约550 m,巷道围岩变形就基本趋于相对稳 定状态。在12205辅运顺槽距切眼1 175 m联巷位置共计设置了 16个煤体应力测点，密 闭墙打好后，靠右帮的8个煤体应力测点均完好，靠左帮只有10、13及143个 煤体应力测点完好，其余5个测点损坏。各测点煤体应力随工作面推进距离变化 情况如阁2所示，不同阶段煤体应力（附加应力）沿工作面侧向分布变化情况 如图3所示。r 11 f- 测点与工作面距禺xn (a) 1#测点u.0.0.o4* 2- o- 8-ix 11 1xco

14、szcx § 881 zloi6u 98 09 lz 93 s-zt<l-sv007.0.0.0.0 6.4.2.o.测点与工作面距离/n (b) 34测点cocd.o3.02.5vu 5 110 5 00參loozv /is§ 62 e6 99 9s 2- s 62- 6h 881 器lo97测点与工作面距离/n (c) 84测点cl£cod257?5wt2cccu4縷1614121086420-2距12205胶运顺槽距离/n+测点距工作面-200 m+测点距工作面-49 m+测点距工作面-25 m测点距工作面 -57 m测点距工作面 + -188 m+测

15、点距工作面-285 m图3不同阶段煤体应力（附加应力）沿工作面侧向分布变化情况下载原图由阁2、3分析可发现，色连二矿2-2中煤层工作面回采后围岩应力分布具有如 下特点：（1）工作面采动超前支承压力影响范围为采前25 m，采前侧向影响范 围15 m。由煤体应力随工作面推进距离变化情况可以看出，当工作面距煤体应 力测站25 m位置之前，各测点的围岩应力值基本上没有变化，而当工作面距煤 体应力测站25 m位置时，1、3、4、5、6及7测点煤体应力值均出现显著增加, 2测点煤体应力略有下降，8测点煤体应力值不变。（2）工作面采过测点 245300 m时，侧向动载应力集中程度最大，联巷左右帮最大动载应力

16、集中系数分别达到5. 1和2. 1。从煤体应力随时间及工作面推进距离变化情况可以看出， 2015-08-26,当工作面推进1 423 m时，联巷靠收作线帮13测点煤体应力增幅 45 mpa (卷道平均埋深350 m,原岩应力平均8. 75 mpa),应力集中系数达5. 1, 其后煤体应力出现下降;2015-09-27，当工作面推进1 472 m时，联巷靠切眼帮 6测点煤体应力增幅18. 3 mpa应力集中系数达2. 1,其后煤体应力出现下降。(3) 在采场上覆岩层还未达到稳定状态前，工作面侧向各测点煤体应力随着工作面 推进出现波段性起伏，当工作面上覆岩层趋于稳定后，侧向支承压力峰值区距 运顺边缘距离为1015 m,侧向支承压力最人峰值位置距运顺边缘距离为12. 5 ni， 最大应力变化值为15. 1 mpa,应力集中系数为1. 7。4结论色连二矿不同区段、不同围岩条件、不同加固方法，巷道围岩变形差异均较大; 在工作面釆动支承压力影响前主动加固辅运顺槽顶板能大幅降低巷道围岩变形 量；12205辅运顺槽围岩变形受工作面采动影响主要为滞后影响，其中围岩变形 剧烈影响区为工作面采后30220 m区段，之后巷道围岩变形减缓；当工作面采后 约550 m，巷道围若变形就基本趋于相对稳定状态。参