塔山矿切顶卸压无煤柱成巷中围岩的变形研究

党付雄

（同煤集团大唐塔山煤矿有限公司，山西 大同 037000）

厚煤层在开采过程中由于煤层存储厚度大、开采时对上覆岩层扰动量大，导致井下围岩受力变形大，极易出现顶板下沉、垮落、煤壁片帮等异常[1]。

塔山煤矿8222综采工作面开采厚煤层。综采面倾向长度为291m，走向长度约为2433m，探明可采煤炭量约为462.1万t，煤层的平均厚度为4.32m，煤层赋存深度为165～267m。煤层基本顶以砂岩为主，平均厚度约为11.7m，直接顶为粉砂岩，平均厚度约为2.32m。该工作面的回风顺槽采用切顶卸压自成巷工艺。

1 综采面巷道顶板的变形监测

为了对综采面巷道的顶板变形状态进行监测，建立了顶板变形监测系统，对综采作业过程中的顶板变形情况进行实时监测。根据塔山煤矿8222综采工作面的综采推进情况，选择在距切眼89m处和距离切眼119m处分别设置一个顶板移近量监测点。为了确保井下监测数据可靠性和监测安全性，将巷道顶板移近量监测仪设置到滞后工作面19m处。该位置处在支架支护范围内且距离工作面较近，顶板在综采作业时的变形量极小，因此监测数据稳定性高，能够最大程度地反应顶板移近量的实际情况。顶板移近量监测仪[2]的设置如图1所示。

图1 煤矿井下移近量传感器布置示意图

根据在综采作业过程中所监测到的两个监测点巷道顶板的连续移近量数据[3]，绘制了如图2所示的井下不同监测点顶板的移近量和井下综采面的距离之间的变化曲线。

图2 不同监测点处的顶板移近量变化曲线

由监测结果可知，在两个监测点位置，顶板的移近量均会随着综采工作面的不断推进而快速的增加。在滞后工作面约68m处时，顶板移近量的变化开始逐渐变慢，在滞后工作面68m的范围内巷道顶板在受综采时扰动的影响下其后侧的顶板会有显著的下沉，特别是在架后68m处的顶板形变量显著，表明此时巷道顶板承受了一次大的来压冲击作用，该区域为巷道围岩的变形变化区。

在滞后工作面68～166m的范围内，巷道顶板的变形速度逐渐趋于稳定，其移近量的变化速率显著低于在第一阶段时的变化速率。在滞后工作面166m处顶板的移近量约为61mm，该区域为围岩的趋稳区。当滞后工作面超过166m后，巷道顶板变形基本处于稳定状态，移近量的变化速率也基本趋于稳定。这主要是由于该区域的煤矸石已经垮落并形成了较为稳定的新的支护结构，使井下巷道顶板形成了一个稳定平衡区域，该区域为围岩的稳定区。

根据相关标准，顶板每天的变形量不超过3mm即可认为该处围岩稳定性满足综采作业安全的需要。通过以上分析，在井下滞后工作面约166m处的顶板变形量基本处于稳定，在架后约200m的范围内同样处于稳定状态。因此可以确定，切顶卸压无煤柱自成巷在架后的200m为安全区域，可撤出其支护设备。

2 煤矿井下围岩承压变化分析

根据塔山煤矿8222综采工作面的实际情况，利用数值模拟分析软件对井下围岩的移近量变化情况[4]模拟出了不同工作面区域的承压变化曲线，结果如图3所示。

图3 不同距离处的承压变化情况

由其不同距离处的承压变化情况分析可知，随着综采作业的不断推进，其自成巷采空区的顶板岩层沿着预留切缝逐渐地垮落，使巷道的顶板和采空区域的应力传输路径被切断，进而使后侧的顶板巷道不再受到其他区域顶板垮落的影响。分析可知，随着综采工作面的逐渐推进，顶板围岩的承压也迅速的增加。在滞后工作面约80m的位置，其承压达到了最大值。表明在该范围内巷道的顶板岩石处于强烈的运动状态，围岩受力变形量大，极易出现不稳定现象，在综采作业时需要对该区域进行重点支护，才能满足综采作业安全的要求。在支护工作面80m以后的位置，巷道围岩承压逐渐下降并慢慢稳定，表明该区域内的围岩稳定性高。

3 结论

为了提升煤矿井下切顶卸压无煤柱自成巷的安全性，以塔山煤矿8222综采工作面为工程研究对象，对综采作业过程中的围岩承压分布和变形状态进行了研究，结果表明：

（1）在架后68m处的顶板形变量显著，表明此时巷道顶板承受了一次大的来压冲击作用，该区域为巷道围岩的变形变化区；

（2）滞后工作面超过166m后，巷道顶板变形基本处于稳定状态，移近量的变化速率也基本趋于稳定；

（3）在滞后工作面约80m的位置，其承压达到了最大值，表明在该范围内井下巷道的顶板岩石处于强烈的运动状态，围岩受力变形量大，极易出现不稳定性现象，在综采作业时需要对该区域进行重点支护，才能满足综采作业安全的要求。