同忻煤矿回采巷道围岩稳定性控制研究

李 强

（同煤国电同忻煤矿有限公司，山西 大同 037001）

1 矿井概况

同忻煤矿位于大同市，主要开采的煤层为石炭二叠纪。8106工作面的长度为193m，两个顺槽分别为2100顺槽和5100顺槽，长度分别为1712m和1706m。与8106工作面相邻的工作面为8107工作面，两工作面之间留设了宽度为45m的保护煤柱。8107工作面的运输顺槽为5107顺槽，矩形断面。

2 巷道矿压显现数值计算

根据5107巷地质条件，建立数值模型。模型的长为700m，宽为557m，高为142m。模型主要模拟8106工作面未开采与开采时，8107工作面的推进对5107巷的影响，主要是应力分布方面的影响。本模型研究的推进距离为600m，分30步进行开挖，即每步只开挖20m。

2.1 8106工作面未开采时数值计算

图1 工作面超前支承压力分布图

通过图1可知，在工作面不断向前推进的同时，工作面超前支承压力峰值逐渐变大，当工作面向前推进长度为200m时，超前支承压力达最大峰值，而后逐渐趋于稳定。此外，工作面超前支承压力还会形成一个影响范围，影响范围在80m左右，应力降低区范围为0～8m，应力升高区范围为8～80m，支承压力峰值区域则处于14～18m的范围，峰值位于25～27MPa，原岩应力区则为超过80m的范围。

通过图2～图4可知，在工作面不断推进的同时，在工作面超前10m处，由于支承压力的作用，巷道围岩应力不断变大。但在工作面超前80m处，由于支承压力的作用，巷道围岩应力基本没有变化。在工作面推进100m的情况下，工作面超前10m处的巷道垂直应力峰值约为21MPa，而工作面超前80m处的巷道垂直应力峰值约为17MPa。因此，若不受邻近采空区的影响，则5107巷道围岩不会出现较高的应力集中现象，围岩处于一定的稳定状态。

图2 工作面推进100m时不同超前距离处的垂直应力分布

图3 工作面推进250m时不同超前距离处的垂直应力分布

图4 工作面推进300m时不同超前距离处的垂直应力分布

2.2 8106工作面开采后的数值计算

通过图5可知，在8106工作面开采工作结束后，在8107工作面不断推进的同时，超前支承压力的峰值逐渐变大，在工作面的推进长度为200m的情况下，超前支承压力达最大值，并最终稳定于某一定值。此外，工作面超前支承压力还会形成一个影响范围，影响范围在80m左右，应力降低区范围为0～8m，应力升高区范围为8～80m，原岩应力区则为超过80m的范围，支承压力峰值区域则处于14～18m的范围，峰值位于27～29MPa。显然，应力峰值产生了较大的变化，这表明邻近采空区对8107工作面超前支承压力产生了较大的影响。

图5 工作面超前支承压力分布图

图6 工作面推进100m时不同超前距离处的垂直应力分布

图8 工作面推进300m时不同超前距离处的垂直应力分布

通过图6～图8可知，在工作面不断推进的同时，在工作面超前10m处，由于支承压力的作用，巷道围岩应力不断变大。但在工作面超前80m处，由于支承压力的作用，巷道围岩应力基本没有变化。在工作面推进100m的情况下，工作面超前10m处的巷道垂直应力峰值约为30.9MPa，而工作面超前80m处的巷道垂直应力峰值约为26.4MPa。在工作面推进300m的情况下，工作面超前10m处的巷道垂直应力峰值约为40.9MPa，而工作面超前80m处的巷道垂直应力峰值约为27.9MPa。因此，在受邻近采空区以及超前支承压力的作用下，5107巷道围岩会出现较高的应力集中现象，在高应力的影响下，围岩处于一定的不稳定状态，并极易出现失稳问题。

2.3 8106工作面未开采和开采情况的对比分析

（1）在未开采和开采情况下，当8107工作面的推进长度为200m时，其超前支承压力值逐渐归于某一定值，超前压力影响范围也趋于某一范围。在未开采和开采情况下，超前支承压力的影响范围基本保持一致，影响范围在80m左右，应力降低区范围为0～8m，应力升高区范围为8～80m，支承压力峰值区域则处于14～18m的范围，原岩应力区则为超过80m的范围。在8106工作面未开采的情况下，应力峰值位于25～27MPa，在8106工作面开采的情况下，应力峰值位于27～29MPa。后者比前者有了明显增加，这表明在工作面前方20m处存在较大的应力集中现象，因此，这一区域应加强支护。

（2）在未开采和开采情况下，8107工作面前方10m处的巷道围岩应力是不同的。在8106工作面未开采的情况下，在超前支承压力的影响下，超前支承压力峰值会超过巷道围岩应力最大值；但在8106工作面开采的情况下，在超前支承压力的影响下，超前支承压力峰值会低于巷道围岩应力最大值。这表明，在受到邻近采空区的作用下，5107巷道围岩应力在不同的位置，其应力集中程度也有所不同。但在工作面前方20m的区域内，由于8106采空区以及8107工作面推进两方面的影响下，表现出较为明显的应力集中现象，巷道围岩处于一种不稳定状态，极易出现失稳现象，并发生破坏。在非超前支承压力作用区域，巷道仅会受到邻近8106采空区的影响，围岩应力较小且最终趋于某一定值，这表明巷道围岩比较稳定。

（3）当8107工作面推进的距离达到250m左右时，5107巷在距煤壁20m左右的区域存在较为明显的矿压显现，主要表现为巷道帮部存在片帮，两帮移近量也较大，约为1200mm。此外，顶底板移近量较大，约为1000mm，存在一定程度的底鼓，支护存在受损问题等，从而增加了巷道的安全隐患。因此，5107巷道在距煤壁20m左右的区域存在明显的矿压显现，应采取措施，对5107巷道在距煤壁20m以外的区域加强支护，以控制两帮和顶底板的较大变形。

3 支护设计

通过以上分析，5107巷道在距煤壁20m以外的区域采用组合锚索的方法来实现加强支护，锚索的间排距分别为600mm和1800mm。具体支护设计如图9所示。

图9 5107巷道补强支护方式 （单位：mm）

4 支护效果

4.1 巷道表面位移监测

采用十字测量法对巷道表面位移进行监测，具体如图10所示。在巷道断面，分别选取巷道两帮和顶底板中间点作为测量点。

图10 十字测量法

4.2 监测结果分析

监测时间为期40d，从8107工作面推进250m时就进行监测，该工作面周期来压步距范围为16～30m。

在监测40d后，巷道两帮移近量约为156mm，顶底板移近量约为123mm，这表明，采取加强支护后，巷道并未产生较大的变形，巷道变形得到了有效控制。

5 结语

通过对5107巷道数值模拟研究分析，采取组合锚索补强支护设计措施，加强对巷道的支护。结果表明，巷道顶底板和两帮移近量均变小，巷道变形得到了有效控制。