综放工作面沿空留巷变形规律研究

李 辉

(晋城煤业集团 赵庄煤业，山西 晋城 048000)

沿空留巷具有提高煤炭资源采出率、实现Y型通风、缓解采掘衔接紧张等技术优势，在我国应用广泛。目前，薄煤层沿空留巷技术工艺以及留巷变形控制技术已经比较成熟，而中厚煤层沿空留巷由于采动压力强烈、影响周期长，留巷内往往变形剧烈，严重影响使用。针对中厚煤层沿空留巷变形规律已进行较多的研究[1，2]，如充填体不同宽度对留巷效果的影响，留巷各部分围岩变形位置和变形规律等，为留巷变形控制提供了理论指导依据，但不同地区条件相差较大，其经验难以完全适用。本文对晋城煤业集团赵庄矿6.3 m厚煤层综放工作面沿空留巷变形规律进行研究，并根据研究结果提出了变形控制技术。

1 工程背景

赵庄矿4311综放工作面回采3#煤层，煤层厚度6.3 m，采高3 m，放煤高度3.3 m，工作面布置3条顺槽。预留巷道为43113巷，巷道原始宽度5 m，高度3.2 m，帮部采用全锚杆支护，锚杆长度2.4 m. 充填体采用巷内布置方式，充填体尺寸：长3 m、宽2 m、高3.2 m，留巷断面宽度3 m、高度3.2 m，充填体与工作面位置关系见图1. 充填墙体采用速凝早强高水充填材料灌注，1天强度即可达到4.5 MPa以上，3天强度6.5 MPa，28天强度9.2 MPa.

图1 充填体布置示意图

2 留巷矿压观测

2.1 表面位移观测

在留巷内布置5组表面位移观测站，相邻测站间隔50 m，采用“十”字布点法观测，每3天观测一次，观测内容为顶底板、两帮移近量，观测范围为留巷后方0～200 m. 经过3个月观测，整理观测数据，绘制围岩表面位移曲线，见图2.

图2 围岩表面位移曲线图

通过表面位移观测可以看出：

1) 两帮累计移近量约500 mm，其中煤帮侧鼓出量260 mm，充填体鼓出量240 mm；顶底板移近量约470 mm，其中顶板下沉量约200 mm，底鼓量约270 mm.

2) 充填体鼓出量主要集中在留巷后方0～80 m，煤帮鼓出量主要集中在留巷后方80～150 m；而顶板下沉和底鼓主要集中在留巷后方0～80 m.

3) 围岩变形速度出现两个明显的峰值，第1次出现在留巷后方50 m左右，充填体、顶板、底板均出现剧烈变形，煤帮变形量较小；第2次出现在留巷后方120 m附近，煤帮出现剧烈变形，充填体、顶板、底板变形速度小幅增大。

2.2 煤帮、充填体离层观测

煤帮一侧：在留巷内向煤帮一侧施工垂直钻孔安装多基点离层仪，共安装4个基点，安装深度分别为8 m、5 m、3 m、1 m，受现场条件限制，观测范围为留巷后方0～100 m，绘制观测曲线，见图3a).

充填体一侧：充填体宽度2 m，在留巷内向充填体施工垂直钻孔安装多基点离层仪，共安装3个基点，安装深度分别为1.5 m、1 m、0.5 m，观测范围为留巷后方0～130 m，绘制观测曲线，见图3b).

图3 离层观测曲线图

通过图3可以看出：

1) 煤帮侧在留巷后方0～80 m离层较小，在80 m之后出现快速离层，主要离层量在1 m深度基点和5 m深度基点之间，5 m深度基点与8 m深度基点之间离层量极小。

2) 充填体内0.5 m、1 m、1.5 m三个基点未出现明显离层，充填体变形量几乎全部集中在浅部0～0.5 m.

3 留巷变形规律及控制对策

3.1 留巷变形规律

通过留巷矿压观测可以发现：沿空留巷后方顶板出现两次侧向破断，第1次在留巷后方80 m，直接顶首先在充填体上方发生破断，引起充填体大变形；随着基本顶回转下沉，充填体尺寸和强度不足以切断基本顶，基本顶在煤帮深部发生破断，引起煤帮大变形，而此时充填体强度已经达到设计强度，充填体相对变形量较小。

根据理论计算和离层实测，煤帮极限平衡区范围约为6.8 m，离层范围已经到达煤帮深部5～8 m，破坏深度已经远远超过了锚杆支护范围，支护长度不足，是煤帮发生大变形的主要原因。

3.2 留巷变形控制对策

通过上述分析，认为维护留巷断面，关键是要减小充填体和煤帮鼓出量。

充填体鼓出量集中在留巷后方0～80 m，是侧向上直接顶垮落过程中二者相互作用引起的，充填体在让压下缩过程中强度不断提高，充填体受压发生横向变形，因此关键在于提高充填体早期强度，及时切断顶板，减小让压下缩量。现场通过设置合理水灰比提高材料强度，对充填体施加对穿钢筋使其处于近似三向受力状态，每个充填墙体上设置9根对穿钢筋，充填体上方布置切顶锚索等手段，将充填体鼓出量控制在50 mm以内。

煤帮鼓出量集中在留巷后方80 m以后基本顶破断阶段，主要原因是破坏深度大，锚杆支护强度不足。现场在留巷前方提前补强8.4 m长锚索，在留巷后方50～100 m裂隙发育段对煤帮进行注浆加固，改善锚索受力环境，将煤帮鼓出量控制在100 mm以内，变形控制效果显著。

4 结 论

对赵庄矿4311综放工作面6.3 m厚煤层沿空留巷变形规律进行研究，并提出了控制措施：

1) 厚煤层综放工作面矿压显现剧烈、影响周期长，留巷变形量大，长期不能稳定，严重影响留巷使用。

2) 通过在留巷内进行表面位移观测和离层观测，得到充填体、煤帮变形规律以及破坏深度。充填体发生大变形的原因是初期强度不足，煤帮发生大变形的原因是锚杆支护强度严重不足。

3) 通过对充填体施加对穿钢筋等手段，提高充填体初期抗压强度，将充填体鼓出量控制在50 mm以内；通过超前补强8.4 m长锚索，留巷后方50～100 m裂隙发育段注浆加固的方式，将煤帮鼓出量控制在100 mm以内，留巷变形控制效果显著。