煤柱下近距离煤层巷道的矿压观测与分析

王建鹏

(西山煤电(集团)公司 杜儿坪矿，山西 太原 030022)

随着矿井开采规模和产能的扩大，西山煤电集团公司杜儿坪矿井田地质条件逐渐由简单向复杂转变，出现了大量复杂困难支护巷道，包括高地应力巷道、特大断面巷道、松软破碎围岩巷道、受二次或多次强烈动压影响巷道及近距煤层复合顶板巷道等，68304底抽巷就是一个典型的受三次动压影响的瓦斯治理巷道，对该巷道进行矿压观测与研究，并对巷道围岩稳定性影响因素进行分析，是一个亟需解决的课题。

1 掘进工作面地质概况

矿井北三盘区68304工作面底抽巷标高1 003～1 044 m，盖山厚度414～517 m，平均474 m。该掘进工作面位于北三9#煤盘区，东部和西部均为9#煤的实体煤柱，北部靠近北三9#煤瓦斯预抽巷，南部为北一下组煤回风巷。巷道掘送在上覆8#煤68304回风巷和68305回风巷中间的保护煤柱下，距68304回风巷水平距离为10 m，距68305回风巷水平距离为20 m。

68304工作面底抽巷掘进主要穿越的煤层为石炭系上统太原组9#煤层，煤层厚度稳定，煤厚2.50～4.45 m，总厚3.8 m 左右，煤层下半部含 1层 0.2 m左右的页岩夹石，煤层倾向南东向，煤层倾角0～9°，平均4°。9#煤老顶为K3灰岩，厚度为7.2 m;直接顶为细砂岩，厚度为1.3 ～2.2 m，平均为1.5 m;直接底为泥岩，厚度为6.7 m;顶板类型为Ⅱ类，属中等冒落型。

施工区段上覆8#煤层顶板厚度变化较大，为石灰岩、泥岩、砂泥岩。局部顶板岩性有变化。底板岩性:细砂岩、砂质泥岩、页岩厚度较稳定。厚度稳定，厚度为4.1 ～6.2 m，平均 5.4 m，距顶板 1.0 m 左右有1层厚0～2.7 m左右的夹石，平均厚度为1.4 m。

2 围岩结构观测分析

68304工作面底抽巷顶板10 m范围岩层的强度测量，围岩强度分布特征，见图1。

1)北三8#煤石灰岩直接顶，强度高，稳定性好，顶板好维护，68304面回风巷顶板采用简单的支护就可保持稳定;在顶板4 m范围内为石灰岩，完整性好，强度高，强度值集中在96～136 MPa，绝大部分强度高于100 MPa;4～10 m范围为砂质泥岩，其强度值集中在40～80 MPa。

2)北三68304工作面底抽巷布置于9#煤层，8#煤层和9#煤层间距仅为1.5 m左右，北三8#煤强度较大，稳定性好，但局部碰到地质构造，煤层强度急剧降低，不利于煤帮稳定，可推测9#煤强度变化与8#煤层类似，遇到地质构造应加强支护，防止煤帮片帮。

图1 围岩强度曲线示意图

3)北三盘区8#煤地应力测试结果显示，在顶板4 m范围内为石灰岩，完整性好，强度高，探针触点强度值集中在96～136 MPa，绝大部分强度高于100 MPa;4～10 m范围为砂质泥岩，其强度值集中在40～80 MPa。

4)所测区域形成σH＞σV＞σh型应力场，原岩应力场以构造应力为主，根据地应力场与巷道布置理论，掘进巷道最佳布置为巷道轴向与最大水平主应力的方向呈一定夹角为优，具体计算如下:

5)北三盘区9#煤层68304面底抽巷沿北偏西24°方位布置，最大水平主应力方向大致在N40°W，可以看出底抽巷轴向与最大水平主应力的方向夹角16°，二者夹角紧接25°，底抽巷布置方向接近最佳布置方式，因而受到地应力方向影响很小。

3 68304底抽巷掘进期间围岩变形特征分析

北三68304面底抽巷在掘进期间将受到回风巷侧向支承压力的影响，巷道围岩垂直应力分布曲线和巷道表面位移分布曲线见图2。

图2 垂直应力分布曲线和巷道表面位移分布曲线示意图

1)由图2(a)可知，在掘进过程中，尽管68304底抽巷受到回风巷侧向支承压力的影响，其靠近回风巷侧支承压力峰值为16.3 MPa，距左帮距离为3.0 m;而远离回风巷侧支承压力峰值为16.0 MPa，距右帮距离也为3.0 m，表明回风巷侧向支承压力对底抽巷围岩垂直应力影响较弱。

2)由图2(b)可知，巷道右帮鼓出2.06 mm，左帮移出2.06 mm，顶板下沉12.31 mm，巷道变形量非常小。底抽巷表面位移监测数据表明，掘进期间，巷道表面位移受到68304面已掘回风巷的影响也很小，巷道围岩保持了稳定。

4 底抽巷稳定性影响因素分析

北三盘区68304面底抽巷主要用于抽放68304和68305两个工作面瓦斯，服务年限大致5年，其稳定性主要受以下因素影响。

1)9#煤地质条件影响。

北三68304面底抽巷布置在9#煤层中，沿9#煤顶板掘进，从井下已掘巷道实地揭露围岩状况来看，沿巷道走向分布有许多小的断层及陷落柱，在地质构造带附近，巷道顶板比较破碎，留顶困难，巷道需要加强支护;除了地质构造带，底抽巷所处围岩稳定，对巷道稳定性影响不大。

2)8#煤开采的影响。

北三盘区服务于8#煤瓦斯抽放的底抽巷布置在距其下部层间距为1.5 m的9#煤层，底抽巷用于抽放完8#煤层的瓦斯即完成其所用功能，不作为9#煤层回采巷道使用，因而9#煤层采动对其影响不考虑。底抽巷布置在近距下部9#煤层，8#煤层开采采动对其稳定性影响最大，是巷道支护设计主要考虑的因素。

3)地应力的影响。

地应力对巷道稳定性的影响主要体现在方向和量值上，前文分析可知，底抽巷所掘区域地应力属于中等量值，而底抽巷轴向与最大水平主应力的方向夹角近似相等，因而地应力对底抽巷的稳定性影响很小，有利于巷道的维护。

5 结语

给定采用该矿原有支护形式与参数的前提条件下，底抽巷在掘进期间和受到上部临近两个工作面回采采动影响，模拟了巷道围岩的变形与破坏特征。

计算结果表明，68304工作面回采对其稳定性影响非常明显，回采期间，左帮、右帮、顶板位移量分别是掘进期间的140倍、93倍和15倍;而68305工作面回采后，底抽巷位移急剧增加，巷道基本处于瘫痪状态，不过也满足了抽放瓦斯的作用。通过围岩变形特征分析，北三盘区68304工作面底抽巷在掘进施工和巷道掘送完成后使用中，顶底板的移近量、围岩位移和锚索锚杆受力的观察，效果较好。为今后矿井生产提供了宝贵的经验。