(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

采掘交鋒引起的動(dòng)壓疊加會(huì)嚴(yán)重影響回采工作面及掘進(jìn)巷道的圍巖穩(wěn)定性。通過實(shí)施跳采可從源頭上避免采掘交鋒，但部分礦井因盤區(qū)大巷開拓不到位或是采掘部署不當(dāng)造成礦井銜接緊張，難免會(huì)存在回采工作面與相鄰巷道出現(xiàn)采掘交鋒的情況。因此，如何確保采掘交鋒條件下掘進(jìn)巷道與回采工作面圍巖整體穩(wěn)定是安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。

近年來許多煤炭行業(yè)的專家學(xué)者針對(duì)采掘交鋒動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定性控制做了大量的研究工作。杜貝舉通過對(duì)動(dòng)壓回采巷道變形破壞規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出了“高強(qiáng)樹脂錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)的圍巖控制方案，同時(shí)融入“挾頂?shù)?，控兩幫”的支護(hù)理念[1]；劉立民等結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，運(yùn)用理論分析和數(shù)值模擬的方法進(jìn)行研究，提出平衡支護(hù)設(shè)計(jì)法能夠?qū)Σ删蛳嘞蚯闆r下圍巖結(jié)構(gòu)及應(yīng)力非對(duì)稱的巷道進(jìn)行合理的支護(hù)控制[2]；秦忠誠(chéng)等結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，將動(dòng)壓影響巷道分為3段，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分段圍巖控制等等[3]。但這些研究均未能給出采掘交鋒巷道停掘避壓具體實(shí)施措施以及停掘避壓的合理時(shí)機(jī)[3，4]。本文主要是針對(duì)采掘交鋒巷道圍巖穩(wěn)定的機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)結(jié)合機(jī)理分析結(jié)果提出巷道有效控制技術(shù)，確保了采掘交鋒巷道及回采工作面圍巖的整體穩(wěn)定，為其他類似條件下巷道圍巖穩(wěn)定性的科學(xué)控制提供依據(jù)。

1 工作面概況

同煤集團(tuán)燕子山礦8214工作面煤厚7.5～8.4m，埋深約400m，傾向切眼長(zhǎng)度150m，走向長(zhǎng)度2510m。工作面配備MG-400/930-WD采煤機(jī)，支架型號(hào)為ZF12000/23/35。其中，8214工作面回風(fēng)巷斷面寬×高=4.0m×3.3m，采用“錨桿+錨索+金屬”聯(lián)合支護(hù)，七排錨桿支護(hù)間排距為900mm×1000mm；兩排錨索支護(hù)間排距為3000mm×2000mm。兩幫采用錨桿與金屬網(wǎng)混合支護(hù)。8214工作面日進(jìn)6刀，約4.2m。8212工作面回風(fēng)巷與8214工作面相鄰，機(jī)掘巷道日進(jìn)8m，斷面寬×高=5.0m×3.3m，支護(hù)形式與8214工作面回風(fēng)巷相同。

2 采掘交鋒巷道應(yīng)力分布特征

8214工作面回采與相鄰8212面回風(fēng)巷掘進(jìn)采掘交鋒過程如圖1所示。本文將整個(gè)8212面回風(fēng)巷的掘進(jìn)分為三個(gè)階段，即Ⅰ—實(shí)體煤掘巷階段；Ⅱ—?jiǎng)訅壕蛳镫A段(Ⅱ1—超前動(dòng)壓掘巷階段；Ⅱ2—滯后動(dòng)壓掘巷階段)；Ⅲ—沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段。圖1中，q(x)為超前支承壓力曲線；q(y)為側(cè)向支承壓力曲線。

圖1 采掘交鋒條件下巷道圍巖穩(wěn)定機(jī)理示意圖

1)Ⅰ階段—實(shí)體煤掘巷階段。該階段下巷道整體支承壓力分布與普通巷道一致，掘進(jìn)過程中需確保施工質(zhì)量，做好日常維護(hù)即可。

2)Ⅱ階段—?jiǎng)訅壕蛳镫A段。該階段主要以回采工作面為界，回采工作面超前位置屬超前動(dòng)壓掘巷階段、回采工作面采空區(qū)位置屬滯后動(dòng)壓掘巷階段。①Ⅱ1—超前動(dòng)壓掘巷階段：這個(gè)階段主要是回采工作面超前支承壓力與巷道掘進(jìn)超前支承壓力疊加的階段，該階段塑性破壞區(qū)可參考“煤柱一側(cè)采空條件下塑性區(qū)寬度的計(jì)算公式”進(jìn)行計(jì)算，但考慮到現(xiàn)場(chǎng)不同工作面其頂?shù)装鍘r性、埋深、煤的力學(xué)特性以及煤厚等參數(shù)也不盡相同，理論計(jì)算誤差較大。因此，為了更準(zhǔn)確地掌握塑性區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過程中，可通過在工作面埋設(shè)應(yīng)力傳感器收集應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析其塑性區(qū)范圍。燕子山礦通過埋設(shè)應(yīng)力傳感器并結(jié)合相鄰工作面應(yīng)力監(jiān)測(cè)情況可知：8214工作面回采與8212面回風(fēng)巷掘進(jìn)超前動(dòng)壓影響疊加階段約為超前8214工作面30m范圍。②Ⅱ2—滯后動(dòng)壓掘巷階段：這個(gè)階段主要是回采工作面采空區(qū)懸板、側(cè)向支承壓力與巷道掘進(jìn)超前支承壓力疊加的階段，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該階段現(xiàn)場(chǎng)仍需通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力傳感器收集的應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析其塑性范圍。以燕子山礦為例，分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及通過相鄰工作面應(yīng)力分布規(guī)律確定該滯后動(dòng)壓階段發(fā)生在8214工作面后方25m范圍，其圍巖塑性破壞區(qū)主要是沿巷道橫向范圍逐漸增大。

3)Ⅲ—沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段。隨著綜采工作面的不斷回采，采空區(qū)范圍的側(cè)向支承壓力逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，巷道掘進(jìn)至該區(qū)域進(jìn)入沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段，這個(gè)階段主要是回采工作面采空區(qū)側(cè)向支承壓力與巷道掘進(jìn)超前支承壓力疊加的階段。采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力分布也可通過布置在煤柱中的應(yīng)力傳感器測(cè)得。燕子山礦結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的應(yīng)力分布曲線以及數(shù)值模擬結(jié)果分析可知，8214工作面在采空區(qū)橫向0～5m范圍為應(yīng)力降低區(qū)；5～22m范圍形成附加塑性破壞區(qū)。

3 采掘交鋒巷道圍巖控制技術(shù)

采掘交鋒條件下，臨空掘進(jìn)巷道圍巖控制需抓住三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：合理留設(shè)煤柱寬度、精準(zhǔn)確定停掘位置、分區(qū)域動(dòng)態(tài)支護(hù)。

3.1 合理留設(shè)煤柱寬度

結(jié)合第Ⅲ階段分析的橫向塑性破壞區(qū)范圍可知，回采工作面?zhèn)认蛑С袎毫σ鸬母郊铀苄云茐膮^(qū)域?yàn)榫喙ぷ髅鏅M向5～22m范圍，因此，臨空巷道掘進(jìn)時(shí)其留設(shè)的面間護(hù)巷煤柱寬度應(yīng)避開5～22m這個(gè)范圍，要么留設(shè)小于5m的煤柱、要么留設(shè)大于22m煤柱。

考慮到水、火、瓦斯等隱蔽致災(zāi)因素的影響，再加上采掘交鋒動(dòng)壓疊加對(duì)護(hù)巷煤柱的承載能力要求較高，筆者不建議采掘交鋒條件下實(shí)施小煤柱工藝[5]，現(xiàn)場(chǎng)8214工作面與8212工作面留設(shè)面間煤柱30m。但在采掘交鋒過程中掘進(jìn)巷道頂板仍破碎嚴(yán)重，從而造成巷道維護(hù)工程量較大。

3.2 精準(zhǔn)確定停掘位置

采掘交鋒條件下的掘進(jìn)巷道若停掘時(shí)間過早會(huì)影響工作面的整體圈出進(jìn)度，但若停掘時(shí)間過晚又會(huì)對(duì)巷道穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此精準(zhǔn)確定停掘位置、復(fù)掘位置便尤為重要。停掘、復(fù)掘位置確定具體如下：

1)與回采工作面相交前，在第Ⅱ階段的頂板移動(dòng)性三角形塑性破壞區(qū)出現(xiàn)以前停掘，即在工作面前方30×1.5=45m(考慮到超前支承壓力可能會(huì)受到回采速度、工作面工程質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)支架工況等因素影響，取安全系數(shù)為1.5)時(shí)停止掘巷。

2)與回采工作面相交后，在第Ⅱ階段的頂板移動(dòng)性三角形塑性破壞區(qū)穩(wěn)定后方可開掘，即在工作面后方25×1.5=37.5m(考慮到側(cè)向支承壓力可能會(huì)受到采空區(qū)頂板垮落情況、矸石充填以及面間煤柱的破壞等因素影響，取安全系數(shù)為1.5)時(shí)重新開始掘巷。

3.3 分段動(dòng)態(tài)控制技術(shù)

1)強(qiáng)支巷道、補(bǔ)強(qiáng)回采工作面超前支護(hù)：在第Ⅱ階段中，對(duì)巷道頂板采用增加頂板垂直向上的支護(hù)阻力來減小超前支承壓力，現(xiàn)場(chǎng)可采用增支單體柱、打木垛、架棚、加密錨桿錨索支護(hù)等措施[6]。

8214工作面與8212面回風(fēng)巷巷采掘交鋒過程中的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施為：8214綜放工作面超前單體支護(hù)長(zhǎng)度由30m加長(zhǎng)至60m，且將“一梁三柱”更換為“一梁四柱”，同時(shí)在超前靠近8212工作面?zhèn)纫蚤g距3m安設(shè)木垛；8214綜放工作面進(jìn)入動(dòng)壓掘巷影響位置超前80m范圍以2m間距補(bǔ)打錨索梁(錨索長(zhǎng)度8m)；8212面回風(fēng)巷停掘位置迎頭40m范圍頂板以2m間距補(bǔ)打錨索梁，增加1排護(hù)幫錨桿。

2)注漿加固圍巖：在進(jìn)入第Ⅱ階段前，對(duì)巷道、回采工作面圍巖破碎區(qū)域注粘結(jié)材料進(jìn)行加固，主要目的是改善圍巖的內(nèi)聚力，增加圍巖的自承載能力，從而減小圍巖下沉和移動(dòng)性塑性破壞區(qū)在巷道橫向和縱向的動(dòng)態(tài)發(fā)展[7-9]。

本次8214工作面與8212面回風(fēng)巷采掘交鋒過程中，在8214工作面超前圍巖破碎區(qū)域加注馬麗散，確保巷道圍巖的整體穩(wěn)定。

4 工程應(yīng)用效果分析

針對(duì)同煤集團(tuán)燕子山礦8212工作面兩巷與8214工作面地質(zhì)條件，準(zhǔn)確把握好停掘、復(fù)掘時(shí)機(jī)，在采掘交鋒影響期間采取相應(yīng)的強(qiáng)支措施，現(xiàn)場(chǎng)取得了良好的成果。8212面回風(fēng)巷、8214回采工作面經(jīng)過采掘交鋒并采取相應(yīng)措施后的整體效果如圖2所示，相較于鄰近區(qū)域留設(shè)30m煤柱時(shí)采掘交鋒巷道，8212面回風(fēng)巷及8214工作面兩巷圍巖整體穩(wěn)定性較好。

圖2 經(jīng)采掘交鋒動(dòng)壓影響后采掘工作面的巷道支護(hù)效果圖

5 結(jié) 論

1)采掘交鋒巷道的掘進(jìn)分為三個(gè)階段，即Ⅰ—實(shí)體煤掘巷階段；Ⅱ—?jiǎng)訅壕蛳镫A段(Ⅱ1—超前動(dòng)壓掘巷階段；Ⅱ2—滯后動(dòng)壓掘巷階段)；Ⅲ—沿穩(wěn)定采空區(qū)掘巷階段。

2)采掘交鋒條件下，臨空掘進(jìn)巷道圍巖控制需抓住三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：合理留設(shè)煤柱寬度、精準(zhǔn)確定停掘位置、分區(qū)域動(dòng)態(tài)支護(hù)。

3)精準(zhǔn)確定停掘位置：與回采工作面相交前，在動(dòng)壓掘巷階段的頂板移動(dòng)性三角形塑性破壞區(qū)出現(xiàn)以前停掘；與回采工作面相交后，在動(dòng)壓掘巷階段的頂板移動(dòng)性三角形塑性破壞區(qū)穩(wěn)定后方可開掘。