特厚煤層綜放工作面撤架通道礦壓特征分析

翟振宇

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 興縣 033602）

現掘撤架通道技術是一種常用的綜采工作面搬家方法，其存在作業空間不安全、工作面搬家倒面時間過長的問題。為提高施工安全性及效率，一些礦井開始嘗試使用預掘撤架通道方法，由于預掘撤架通道提前掘進，可以與采煤平行作業，大幅度地縮短了搬家時間，并且支護質量好，保證了通道空間的安全穩定[1-3]。

目前國內外學者對預掘撤架通道技術進行了大量研究： 張國祥等人對大采高綜采工作面搬家技術進行了研究，提出采用單通道撤架工藝，并對支護參數進行了分析； 趙軍等人采用數值模擬方法對工作面與撤架通道不同距離下圍巖變形特征進行了研究； 張金虎等人對末采期間頂板來壓特征及支架合理支護阻力進行了研究，對撤架通道支護方式進行了優化[4-6]。

由于特厚煤層工作面頂煤厚度大，預掘撤架通道受工作面回采超前支承壓力影響，易發生頂板事故。本文以斜溝煤礦23101 工作面為工程實例，擬通過對特厚煤層預掘撤架通道采動應力場分析，為合理選擇支護方式奠定基礎。

1 工作面概況

斜溝煤礦23101 工作面平均埋深為325 m。工作面開采煤層為13#煤，煤層平均厚度14.08 m，煤層柱狀圖如圖1 所示。工作面以西為采區回風上山，東面為23103 工作面（未回采）。根據23101工作面設備參數，工作面撤架通道設計寬度為4.9 m，高度為3.0 m。

圖1 工作面頂底板柱狀圖

2 數值模擬分析

回采工作面的超前支承壓力是影響撤架通道穩定性的關鍵因素，因此選擇采用數值模擬方法分析撤架通道的力學狀態演化過程?？紤]工作面回采超前支承壓力傳遞狀況，設定工作面總回采長度為85 m，因此模型尺寸為660 m×200 m，按現場實際，設定23101 預掘撤架通道寬4.9 m，高3.0 m，模型底板固定y 方向移動，兩側固定x 方向移動，模型如圖2 所示。

圖2 模型及柱狀圖

為了研究工作面回采對預掘撤架通道產生的影響，模擬工作面以10 m/d 的速度向前推進，采高為3.5 m，放煤高度為10.5 m，采放比為1:3。工作面在靠近撤架通道時煤柱應力分布變化曲線如圖3 所示，模擬兩者相距距離分別是45 m、35 m、25 m、15 m、10 m 和5 m。

圖3 煤柱應力分布

1）煤柱應力分析。通過對撤架通道和回采工面距離不同時，兩者間煤柱中應力的分布狀態分析可以看出，當兩者距離大于35 m 時，回采工作面超前支承壓力對撤架通道圍巖基本無影響。當距離小于35 m 時，回采工作面超前支承壓力開始顯著影響撤架通道側應力分布，撤架通道側應力集中程度要高于回采工作面超前煤壁側，伴隨著應力集中程度的不斷增加，撤架通道的變形狀況也將出現不同程度的增加。

2）煤柱屈服狀態分析?；夭晒ぷ髅嫱芳芡ǖ谰嚯x為35 m、25 m、15 m、10 m、5 m 和0 m 時煤柱的屈服狀況如圖4 所示。

圖4 煤柱屈服狀態

通過對回采工作面推進過程中煤柱的屈服狀態分析，可以看出，當回采工作面距離撤架通道10 m 范圍時，煤柱的屈服范圍不斷地擴大，并且在靠近頂板的位置，煤體發生了連續的屈服區，直至兩者相距5 m 時煤柱發生了全部屈服。為了防止煤柱的突然失穩導致撤架通道頂板以及工作面頂板出現壓力激增狀況，在煤柱為10 m 時，應對煤柱進行注漿加固措施，提高煤柱的整體穩定性，并且當撤架通道壓力顯現時，應該對撤架通道進行加強支護。

3 礦壓監測分析

根據上述應力特征分析，在撤架通道掘進完成后，對工作面末采期間撤架通道礦壓顯現情況進行了監測，監測點共有2 個，其中1#測點布置在機頭側，2#測點布置在機尾側。工作面末采期間撤架通道圍巖變形如圖5 所示。

圖5 回采期間撤架通道圍巖曲線

從圖中可以看出，在機頭側，當工作面機頭距離回撤通道49 m 時，圍巖的變形量開始顯著增加；工作面機頭距離回撤通道為22 m 時，撤架通道巷幫變形量達到最大，為375 mm，頂板最大下沉量為100 mm，底板最大變形量為362 mm，煤柱幫的最大變形量為187 mm，巷道主要變形為底鼓。在機尾側，當工作面距離回撤通道41 m 時，圍巖的變形量開始顯著增加；工作面距離回撤通道12 m 時，巷道的變形量達到最大，巷道頂板、底板、煤柱幫和工作面幫的位移量分別為93 mm、163 mm、209 mm 和267 mm。

礦壓監測結果表明，在工作面超前支承壓力影響下，撤架通道圍巖變形主要集中在兩幫與底板，但變形量基本在可控范圍內，通過采煤機的截割，可保證撤架通道的正常使用。

4 結語

以斜溝煤礦23101 工作面為工程實例，采用數值模擬、現場監測方法，對特厚煤層綜放工作面撤架通道礦壓顯現特征進行了分析探討，認為在工作面超前支承壓力影響下，當撤架通道與工作面距離小于35 m 時，回采工作面超前支承壓力開始顯著影響撤架通道側，撤架通道側應力集中程度要高于回采工作面超前煤壁側； 當撤架通道與工作面距離為10 m 時，煤柱的屈服范圍開始擴大，并且在靠近頂板的位置，煤體發生了連續的屈服區； 當撤架通道與工作面距離為5 m 時煤柱完全處于屈服狀態。礦壓監測表明，在工作面超前支承壓力影響下，撤架通道圍巖變形主要集中在兩幫與底板，但變形量基本在可控范圍內，通過采煤機的截割，可保證撤架通道的正常使用。