S2205工作面长壁综放回采对工作面顺槽的影响分析

史红邈，孙 淼，宋晓波，王宇军

（潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046103）

S2205工作面长壁综放回采对工作面顺槽的影响分析

史红邈，孙 淼，宋晓波，王宇军

（潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046103）

根据工作面煤体上方直接顶及老顶悬露面积的不同，建立不同的围岩结构模型，采用理论分析的方法，得出了长壁综放回采对工作面顺槽的影响机理，并以余吾煤业公司S2205综放工作面为工程背景，对综放回采影响下工作面顺槽变形规律进行实测分析，得出了该地质条件下综放回采对工作面顺槽的影响范围及程度。

综放回采；工作面顺槽；变形规律；围岩结构模型

本文运用理论分析的方法，以开切眼为研究对象和起点，根据直接顶及老顶悬露面积大小的不同建立相应的围岩结构体，理论分析长壁综放回采对顺槽的影响机理，并结合余吾煤业有限责任公司地质条件，以S2205综放工作面为工程背景，对综放回采影响下工作面顺槽的变形规律进行实测分析，得出综放回采对工作面顺槽的影响范围。

1 长壁综放回采对工作面两侧顺槽的影响机理分析

工作面两侧顺槽在整个服务期内主要经受开挖、采动工序的影响。工作面顺槽的开挖使得巷道围岩体受力状态由三相变为二向甚至单向，巷道围岩的自身承载能力随之降低，围岩向巷道的临空面移动，先后发生弹塑性变形、松动膨胀变形；在工作面采动影响下，围岩的强度逐渐降低甚至消失。根据直接顶及老顶悬露面积的不同建立老顶垮落前后工作面顺槽围岩的结构模型，以分析得出长壁综放回采对工作面顺槽的影响机理。

1.1 直接顶垮落前综放回采对顺槽的影响机理

综放开采初期，工作面从开切眼向前推进，工作面顺槽受综放回采的影响较小。随着工作面的推进，煤层上覆岩层中直接顶的悬漏面积逐渐增大。直接顶垮落前的围岩结构模型，见图1。

分析图1可知，A区域为工作面顺槽开挖时所产生的松动破碎区域，未受采动影响前，在支护力作用下，A区域可保证其自身稳定状态。开采初期，在工作面采动支承压力作用下，顶煤产生竖直及水平变形，铅垂方向表现为压缩变形，水平方向表现为膨胀变形，使得顶煤体发生强度破坏，出现应力、应变集中现象，致使顶煤体受采动影响所产生的各种裂隙逐渐张开，工作面上方煤体形成松散顶煤区域，如图1中C区域所示。由于顶煤所受的约束条件逐渐减弱，使得松散顶煤区域的范围也逐步过渡到工作面顺槽上方，使处于破裂、塑性区域（A区域）内工作面顺槽围岩体逐步过渡到松散、破碎状态，形成了一定厚度的松动垮落区域（图1中B区域），由于此时直接顶悬漏面积较小以及老顶对上覆岩层的支撑作用，使得直接顶荷载对下部岩体支承作用力及范围均比较小，B区域内在靠近煤柱与靠近工作面两侧出现一定的厚度差。理论上可认为在煤柱宽度较为合理的情况下，对靠近工作面一侧的顺槽围岩进行及时加固措施，可使工作面初采期（直接顶未垮落前）对工作面顺槽的稳定性影响在可控范围之内。

1.2 老顶垮落前综放回采对顺槽的影响机理

随着工作面的向前推进，当直接顶达到其极限跨距时，直接顶开始垮落。在下部工作面采动的影响下，工作面上部煤体过渡到破碎流动阶段，且杂乱堆积，煤体的总体力学特性类似于散体结构。老顶垮落前，围岩所形成结构模型如图2所示。

分析图2可知，工作面老顶垮落之前，工作面顺槽围岩松动垮落区域较工作面直接顶垮落前有所增大，在靠近工作面侧如图1所示的B、C区域外部，逐步过渡形成如图2所示的D区域，即顺槽围岩出现更大范围的松动垮落区域。在该点前方的一定距离之内（沿着工作面推进方向），图2中显示的D区域在范围及厚度上均逐渐减小。地质条件不同的情况下，沿工作面推进方向的距离也有所不同。

2 综放回采影响下工作面顺槽变形规律实测分析

2.1 工作面基本情况

S2205综放工作面位于余吾煤业公司南二采区，地面标高为+934.0m～+966.0m，工作面标高为+432.5m～+492.2m。工作面北接南二采区1号回风下山、进风下山、胶带下山（已掘），西临S2206设计工作面（未采），南面为实体煤，东有F2断层及X34陷落柱。工作面回采走向长1201.0m，倾斜长1203.2m。工作面切眼设计长度265.0m，倾斜长265.1m，斜面积318968m2。工作面在南北走向方向上的3号煤层整体为一背斜构造，平均坡度2°。东西整体为东高西低形态。工作面采用端部割三角煤斜切进刀，工作面采用MGTY—400/930-3.3D型双滚筒采煤机（滚筒截深0.8m），放煤步距为0.8m。为了降低回采对工作面顺槽的影响，超前二次支护长度选择80m。工作面围岩及特征如表1所示。

表1 围岩及其特征表

3.2 测点布置情况

在余吾煤业S2205综放工作面顺槽内布置4个监测断面，采用“十”字布点法按设表面位移监测仪，分析随综放工作面推进过程中工作面顺槽变形规律，包括巷道顶板下沉量、两帮收缩量以及采动影响范围。测点布置示意图，见图3。

各观测站每天观测记录4次，3号测站由于受回采影响程度较大，每天记录8次。

2.3 观测结果分析

对各测站观测数据进行分析，取3号及4号测站数据并绘制测点距工作面不同距离时测点处围岩变化（包括两帮收缩量及顶板、底板位移量），示意图，图4、图5。

分析图4和图5可知，受工作面回采的影响，在观测期间内，两帮最大位移量接近400mm，顶板下沉量最大值约260mm，顶底板最大移近量近480mm。在工作面前方约65m处，工作面顺槽围岩开始受到工作面回采的影响；在工作面前方35m到25m范围内，工作面顺槽两帮及顶底板移近量受采动影响相对较小；进入工作面前方25m范围内后，两帮及顶底板位移速度明显加快；10m范围内，位移速度达到最大。

通过对综放工作面采动影响下工作面顺槽变形（巷道顶底板移近量、两帮收缩量）的影响分析可知：在工作面前方约35m的范围内，受采动的影响，工作面顺槽围岩表面发生了不同程度的变形；距离工作面35m～25m的范围内，巷道顶底板及两帮煤体表面有不同程度的破碎，底鼓及侧鼓现象发生，此时应加大支护力度，防止巷道的进一步破坏；在25m～10m的范围内，巷道围岩体内一些原有裂隙得到了较为充分的发育，同时也产生了一些新的裂隙，而新旧裂隙间相互贯通，使的煤体逐渐产生强度破坏；距离工作面10m的范围之内，工作面顺槽受近距离采动的影响，煤壁煤体所受应力达到其极限应力，煤体产生破碎与离散，支护体支撑能力减弱，巷道两帮及顶底板移近量明显增大。所以，在综放回采期间，为保证工作面顺槽的稳定性，需在工作面顺槽约65m的范围内进行局部超前加固措施，以保证工作面的正常回采。

3 结论

通过上述分析可得以下结论：（1）工作面煤体上方直接顶垮落之前，综放回采对工作面顺槽稳定性影响较小，巷道围岩能保证稳定状态主要取决于巷道在开挖过程中对围岩进行的支护措施，随着工作面老顶的垮落，巷道围岩需进行二次加固措施后才能保证其处于稳定状态。（2）在余吾煤业有限公司S2205工作面地质条件下，综放工作面前方65m处，工作面顺槽围岩受到工作面回采的影响；35m到25m的范围内，工作面顺槽围岩两帮及顶底板移近量受综放采动影响相对较小，进入工作面前方25m范围内，两帮及顶底板位移速度明显加快，10m范围内，位移速度达到最大。（3）从现场角度来看，S2205工作面二次超前支护选择80m的长度是较为合理的。在整个回采过程中，工作面周边巷道都能保证其自身稳定性。

[1]孙淼.松软厚煤层长壁综放工作面顺槽稳定性控制理论技术研究[D].太原：太原理工大学,2010.

[2]吴健.我国放顶煤开采的理论研究与实践[J]，煤炭学报，1991（9）:32-33.

Influential Analysis oFLong-wall Fully Mechanized Caving on Crossheading among S2205Working Face

SHI Hong-miao,SUN Miao,SONG Xiao-bo,WANG Yu-jun

(Yuwu Coal Co.,Lu'an Mining Group,Changzhi Shanxi 046103)

Upper immediate rooFarea is differenTfrom the suspending area oFmain rooFover the working face,so differenTsurrounding structure models should be built.By the theoretical analysis,the influential mechanism oFlong-wall fully mechanized caving on the crossheading is concluded.According to the S2205working face,Yuwu Coal Industry Co.,the deformation rule oFcrossheading is studied and the influential scope and degree under the local geological condition are obtained.

fully mechanized caving;crossheading on working face;deformation rules;surrounding rock structure model

TD822+.3

A

1672-5050（2011）07-0024-03

2011-03-15

史红邈（1975—），男，山西武乡人，本科，助理工程师，从事煤矿管理工作。

徐树文