孤岛工作面窄煤柱临空巷道动压影响下围岩控制技术的应用

程 波

（山西晋煤集团翼城晟泰青洼煤业有限公司， 山西 临汾 043500）

某矿井位于沁水煤田西南边缘，整个地区属于侵蚀山地，东北部为山地，矿区的地形结构较为复杂。从地势角度来看，矿井中部为山地，海拔相对较高，其他地区海拔较低，形成了中间高、四周低的地势特点，其中矿区内部相对高速为240.5 m。

中条山隆起的东北部，为中山区，地貌属侵蚀山地，沟谷多为“V”型谷。井田内总体地势为中部高，北部及东南部低。最高点位于井田中部山梁处，海拔1 350.5 m，最低点位于井田西北角，海拔1 090 m，最大相对高差240.5 m。区域地层自南向北，矿区地质组成不断发生变化，复杂的地质情况，无疑增加了后续矿产资源开发难度，以新生界为例，该矿区的新生界以角度不整合覆盖于各时代地层之上。从地质勘查人员获取的数控来看，整个矿区呈现出一定的单斜结构，倾斜方向以东西向存在，倾斜角度在7°~15°之间，单斜机构中，地质断层较为发育，从获取的数据来看，整个断层共有9 个，整个矿区的开采难度相对较大。

1 工作面概况

2102 工作面位于某矿井的2 号煤层区域，出于整个矿区的山体西部，与3 号煤层距离及相对较近，垂直距离为7.84~10.17 m，平均距离9.14 m。该煤层平均厚度度为4.67 m。整个煤层结构相对简单，煤层顶部分布有粉砂岩，煤层底部分布有泥岩。整个煤层厚度变化相对小，实时开发的难度较低。

2102 工作面煤层倾角3.5°~5.0°，平均4.15°左右，煤层底板标高+910~+1 085 m，盖山厚度50~324 m，煤层厚3.85~6.05 m，平均4.66 m，含0-1 层夹石，全区稳定可采；顶底板多为粉砂岩、泥岩，顶板偶为中粒砂岩。该工作面北面有F3 派生的断层，预计对巷道掘进有一定影响。

2102 工作面为未开采的孤岛工作面，西南侧为已开采的2101 工作面，西北侧为开采完成的2103第一工作面，东北侧为将要开采的2103 第二工作面。2102 工作面四邻关系图见图1。

2 该工作面承受的动压影响

2102 工作面新掘巷道掘进过程，由于各类设备的影响，使得掘进巷道的应力发生较为明显的变化，应力的变化，导致围岩应力产生新的变化。巷道内应力不断集中，受力平衡状态被打破。新掘进巷道在开采过程中，整个巷道的水平应力出现转移，逐步向顶部集中，应力的集中，使得新巷道的结构稳定性受到影响，增加了巷道塌方的发生机率[1]。2102 工作面新掘巷道位置图见下页附图2。

新掘巷道一般在邻近工作面采完应力重新分布完成之后，沿着采空区边缘掘进巷道，能够从而避开采动带来的支承压力影响。在整个采矿掘进的过程中，矿区原有的2102 工作面受到2103 工作面的影响，工作的结构稳定性、受力状态发生较为明显的变化。随着2103 工作面掘进工作的持续进行，整个工作面的顶部在应力作用下，出现顶部塌落或者移位的情况，这种情况的出现，使得煤矿采空区上部岩层的整体重心位置，发生变化，这种变化的出现，无疑使得新掘进巷道应力场平衡状态被打破，受力结构的变化，无疑给整个新巷道掘进极易发生变形。从实际情况来看，2103 工作面的整个采空区两侧的侧向支撑压力，压力影响范围在15~30 m 的范畴，整个巷道的侧向压力分布范围较广，这情况的发生，对于2103 工作面后续采矿、掘进等工作的开展均产生了不利影响。

图2 2102 工作面新掘巷道位置图

由于2102 工作面与2103 工作面的空间距离相对较近，2103 工作面在掘进的过程中，2102 工作面受到其回采工作的影响，整个工作面的围岩应力数值发生明显增大，使得围岩的应力分布再次发生变化，部分区域应力分布较为集中，应力的集中，使得整个围岩的变形量加大，结构稳定性受到削弱。

由于2103 工作面和2102 工作面之间煤柱为窄煤柱，工作面不断向前推进导致基本顶的悬露距离增加、破断失稳、回转下沉，从而导致巷道围岩变形剧烈，破断后的顶板朝向采空侧倾斜，巷道断面越大、顶板悬露长度越大，顶板下沉量越大，给工作面的采掘作业带来很大影响。

3 该工作面围岩控制的措施

从实际经验来看，2102 工作面在煤矿开采的过程中，受到2103 工作面回采的影响较大，每次回采过程中，均会对整个2102 工作面的巷道受力情况产生作用，导致围岩发生变形，对煤矿开采工作的开展产生极大的消极影响。基于这种认知，在2102 工作面的日常开采过程中，工作人员需要投入大量的时间与精力，进行围岩控制工作。

1）巷道支护。

由于2102 工作面和2103 工作面煤柱留设较小，随着2102 工作面新掘巷道掘进，巷道围岩变形逐渐加大，虽然巷道锚杆、锚索等支护体在最初受力较小，但是围岩在锚杆作用力的影响下形成“组合梁”、“组合拱”，提高了围岩的强度，锚索又能够提高对巷道顶板的悬吊作用，控制顶板的离层垮落。随着围岩变形的进一步加大，支护体所受的支护力呈现一定线性的增长趋势。使巷道围岩-支护在时间及空间上达到耦合，在一定阻力条件下和围岩共同变形，既抑制了围岩的有害变形又使支护最大限度的发挥作用，从而使巷道变形速率减小，最终实现该巷道的稳定。

因此，在巷道支护时要充分发挥围岩-支护的共同作用，调动2102 工作面新掘巷道围岩深处的自承能力，同时运用锚杆、锚索的组合支护维护巷道的稳定，满足2102 工作面掘进、回采期间的需要。

2）水力压裂。

在对巷道围岩支护的同时，配合水力压裂效果会更好。通过对2103 工作面、2102 工作面进行水力压裂，杜绝工作面回采或大面积悬顶对巷道造成的压力，使坚硬的巷道顶板尽快冒落，也是巷道卸压的过程，窄煤柱承受的压力相对减小，在一定程度上对2102工作面新掘巷道变形程度方面起到积极的作用。

4 结语

2102 孤岛工作面在巷道掘进过程中受2103 工作面回采影响很大，新掘巷道围岩应力变化很复杂，不断进行重新分布形成高应力状态，这些高应力区域的存在对工作面后续的开采活动带来不利影响，容易引发巷道变形严重，甚至带来灾害事故。而预防这种情况发生的措施就是增加巷道支护强度、对岩层进行卸压等方法，从而降低巷道的变形量，在实践中得到了较好的效果。