煤层群沿断层回采巷道破坏机理及控制技术研究

续盛磊

（汾西矿业集团安全管理部，山西 介休 032000）

井巷设计作业会受到的地层地质情况，以及开矿布局情况的约束，而如果煤矿开采区域存在断层，在实际断层影响下周围煤岩初始应力场将会遭受影响，与周围常规应力场相比会存在一定差异，影响支护作业，而针对相关内容的研究有限，这会对煤矿开采作业造成不良影响，因此，要依据实际情况，做好相应研究作业，做好施工现场支护设计，保证开采顺利进行。

1 煤矿工程概况

1.1 煤矿所在区域的地质情况

某煤矿的8284 工作面处于西七采区，通过对煤矿区域的煤层情况进行分析可以发现，该区域煤层结构十分简单，煤层的平均厚度约为4.85 m，最大厚度约为5.28 m，最小厚度为3.86 m，倾斜角度约为16.5°，工作面标平均值为462.5 m，最大标高值为-508.1 m，最小标高值为-414.5 m。本次研究的巷道为8284 工作面溜子道，通过对8284 工作面周围情况进行分析可以发现，其上部为7204 工作面，该工作面是一个采空区，而且两个工作面之间相互重叠。针对采煤工作面所在区域情况进行分析可以发现，在工作面北部段煤柱为不规则煤柱，煤柱宽度主要集中在18～104 m 之间。

1.2 8284 工作面巷道围岩变形特点

8284 溜子道上部为7204 工作采空区，整个区域面积较大，煤矿资源丰富，整体开采难度大，因此，工作回采结束时间需要的时间较长，通过对该区域的覆岩运动情况进行分析可以发现，覆岩运动已经处于相对稳定状态。

8284 工作面巷道在进行掘进期间，受开采应力影响，矿压较为缓和。但是，通过对煤矿开采的实际情况来看，受采动和断层构造等各项因素影响，8284 溜子道掘进施工期间，局部巷道矿压将会呈现出了各种异常情况，主要体现在以下几个方面：

1）掘进期间局部巷道矿压显示显著。

2）肩角部位遭受澡后破坏，在掘巷稳定期后25 d，区域内仍然发生了多次矿震，区域内稳定性将会遭受破坏，这会对后期煤矿开采作业造成不良影响。此外，巷道局部左肩侧角挤压情况十分严重，而且网片出现了撕裂情况，受矿震影响，会向巷内窜煤现象[1]。

3）支护时机选择对于支护效果会造成较大影响。巷道掘进前期，具体掘进作业要依据原有参数开展。在煤矿具体开采期间，为了实现对围岩变形情况的合理控制，应当在原设计基础上，在近断层侧设置肩角短锚索和巷帮，同时，在原掘进支护巷帮处，采用相同锚索进行补打[2]。煤矿开采过程中，相关工作人员对煤矿开采现场具体情况进行分析可以发现，虽然开采中涉及的各项支护参数都一致，但针对相同巷道来说，在相同时间掘出时间内，支护滞后巷帮短锚索在应用期间，取得的支护效果较为显著。

2 8284工作面巷道变形破坏机制

2.1 断层构造引起高静压力和承载不均匀

8284 工作面下段区煤柱与M217 断层相互作用，形成了一个高静压区，对该压力区8#—10#测点范围内的段煤柱情况进行测量，区域内的煤宽度主要集中在10～26 m 之间，各个煤柱都为高应力煤柱。通过对煤矿区域情况进行分析可以发现，虽然8284 溜子道与7204 溜子道在分布上呈现出了重叠方式，但是由于存在M217 断层，这将会导致采煤区间内岩层失去重叠布置巷道的应力弱化作用。除此之外，开展采煤作业时，会引起断层护面滑移和活化情况，这将会导致采矿区域内巷道近断层侧矿压会显现剧烈，该区域内存在高静压力。

2.2 动荷载造成的不良影响

通过对8284 工作面情况进行分析可以发现，覆岩变形一侧为实体，另一侧则相邻工作面则为弧形三角板，将该结构被命名为E 覆岩空间结构，该结构采空区覆岩会对下一步工作面掘进作业造成不良影响。进行开展掘进过程中会对周围岩石的应力情况造成影响，会重新分布应力，这会致使采空区内的围岩结构由于受力问题而发生失稳，最终会发生回转变形，形成铰接结构，而由于失稳而形成的动荷载，将会反作用于与巷道，从而降低巷道在开采时的稳定性，可能会引发事故[3]。此外，由于存在断层，并且在断层间交叉咬合，这提高了覆岩结构在后续掘进期间失稳发生概率。

2.3 构造应力叠加采动应力

监测矿压情况，在8#前10 m 至10#点前25 m范围内的M217 断层远离巷道，在原支护条件下断层相距巷道12～14 m 范围内，断层附加应力场对于巷道支护会造成较大影响。通过分析可以发现，引起该现象的原因就是小保护煤柱松散破碎，区域内出现了严重裂隙情况，难以形成具有较高的应力承载体。而对于留大区段保护煤柱，受采动和构造作用叠加影响，会导致煤柱应力会集中分布到煤柱两侧，而巷道两侧受到构造应力叠加的作用影响相对较小[4]。但是，区域内较大煤柱会导致构造应力和采动应力相互叠加，在煤柱上会形成更高应力峰值，受力的作用影响，会导致大量破碎煤体都进入到巷道内，形成网片撕裂，从而致使巷道内出现大量窜煤，这将会对后续开采作业开展造成不良影响，需要引起相关工作人员的重视。

3 控制8284 工作面回采巷道围岩的合理措施

原有设计采取一体化方式进行支护，在实际设计期间并未充分由于断层影响的特殊地质构造，以及采动下巷道出现的耦合支护和非对称变形特点，这也就导致围岩压力和支护强度之间会呈现出相互不匹配现象，巷道在煤矿具体开采期间，巷道围岩局部肩脚区域过去出现失稳现象和大收敛都会引起巷道整体结构发生失稳问题，情况严重时会导致巷道发生坍塌，如图1 所示。

因此，为了实现对巷道围岩变形情况的合理控制，相关工作人员需要从实际情况入手，对巷道变形失稳机制进行全面分析，在对原巷道情况进行全面分析基础上，对巷道支护采取的方式进行适当改进，从而提出符合需求的煤层群开采方案，如果在工作面沿断层出布置较大区段煤柱，为了保证后续开采作业顺利进行，要在对巷道情况进行分析基础上，完成相应支护作业，避免进行开采时发生安全事故。

3.1 控制巷道顶板围岩

针对超前支撑影响范围内，或者与工作煤壁相距较近时，通常会补充π 型梁或单体柱，针对回采巷道局部出现的冒顶情况，需要及时封顶，避免冒落区范围扩大，通常针对回采巷道局部冒顶，可以通过锚喷方式完成支护。

3.2 巷帮短锚索

断层面会限制煤矿开采中造成的短柱应力向下盘传递，从而转向到近断层巷帮煤柱，这会加大煤柱承受的静载应力，煤柱的具体受力情况会受到断层构造应力、采动应力的影响，导致局部受力复杂，针对这一现象，应当在原支护上提升近断层巷帮煤柱承载性能，采取短锚索+煤柱整体方式，提高整个结构抵抗变形能力[5]。

3.3 补强薄弱部位支护

在原支护参数下，断层影响区域内锚索、锚杆长度布置，这将会致使锚固端位于围岩松动和稳定区域的判定相对较为模糊，而且采用的锚杆轴力较大，处于极限承载状态，对于肩脚区域进行分析可以确定，该区域为支护薄弱环节[6]。因此，应当在采用原锚索支护基础上，适当延长采用的锚索、锚杆长度，同时，提高支护布置密度，通过上述处理方式，提高围岩抵抗变形能力。

3.4 卸压钻孔

考虑到巷道在高应力区域，应对提高对洞围岩自承载性能的重视，保证最终建设支护能够满足应用需求。采取钻孔卸压方式处理，可以在巷道内形成塌孔，而针对巷道深部区域来说，在处理上可以通过对影响较小原岩区域和支护小结构进行应用，在区域内形成强弱强结构，保证巷道整体稳定性。

4 结语

煤矿开采过程中，要提高对煤层群沿断层回采巷道破坏机理和控制的分析，确保巷道稳定性，保证整个开采作业顺利进行，以免由于巷道坍塌问题，而引发安全事故。