冯根民

（乡宁县应急管理局，山西 乡宁 042100）

我国能源赋存结构呈现富煤少油贫气的特征，因此煤炭是我国的主要消费能源，占据能源结构的半壁江山。国民经济的快速发展，离不开煤炭的支撑[1-2]。我国煤矿以地下井工开采为主，需要掘进大量的地下巷道，据统计我国年掘进巷道长度已经超过2 万km，其中，70%～80%的巷道属于动压巷道，在相邻工作面接替时，将存在一条巷道受邻近工作面采动影响。受采动影响巷道围岩应力环境复杂，易出现显著变形，巷道围岩维护相对困难。巷道维护的两个要点在于煤柱宽度和支护参数的确定，适宜的煤柱宽度将巷道布置在应力环境较好的位置，避开工作面采动形成的应力峰值区；合理的支护参数则可有效形成支护结果，从而实现巷道围岩的稳定控制[3-6]。

台头煤矿3206 工作面回风平巷掘进受到工作面采动影响，巷道维护相对困难。基于此，提出3206 工作面动压巷道围岩控制技术，为类似地质条件下迎采掘进巷道围岩控制提供技术参考。

1 概况

3206 工作面开采2#煤层，属于三采区，工作面南与三采区下山相连，北方向为采区边界，东方向为3204 工作面，工作面目前正在回采，西方向为实煤体，工作面埋深约650 m，如图1 所示。3206 工作面回风平巷面临着迎采掘进问题。3206工作面开采区域平均煤厚2.7 m，平均倾角10°。直接顶为3.0 m 的泥岩，局部薄层状沉积，普氏系数3～4；基本顶为5.0 m 的细砂岩，泥质胶结，普氏系数5～6，稳定较好；直接底为1.7 m 的砂质泥岩，普氏系数1～2，属软弱岩层。根据3206 工作面采掘设备安全需求，3206 工作面回风平巷设计为矩形断面，掘宽4.5 m，掘高3.0 m。

图1 台头煤矿3206 工作面采掘示意图

2 3206 工作面动压巷道围岩控制技术

2.1 煤柱宽度的确定

3206 工作面回风平巷附近原岩应力16.5 MPa，基于3206 工作面回风平巷生产地质条件，采用FLAC3D数值模拟软件模拟分析不同护巷煤柱宽度下煤柱应力及巷道变形情况，结果如图2 和图3。

图2 不同护巷煤柱宽度下煤柱应力分布

图3 不同护巷煤柱宽度下巷道变形情况

如图2，当煤柱宽度为10 m 时，煤柱内应力呈单峰分布，应力集中系数2.0；随着煤柱宽度的增加，煤柱内集中应力逐渐减小，且应力分布逐渐向双峰发展，靠近采空区侧应力集中程度较大；煤柱宽度为20 m，应力集中系数1.8；当煤柱宽度大于20 m 时，靠近试验巷道煤柱内稳定核区在12 m以上，有利于巷道围岩的稳定控制。如图3 所示，随着煤柱宽度的增加，巷道围岩变形显著减小，其中变化最明显的是巷道底鼓。煤柱宽度为10 m 时，巷道底鼓381 mm，顶板下沉195 mm，煤柱帮位移345 mm，实煤体帮位移264 mm；煤柱宽度为20 m 时，巷道底鼓260 mm，减小幅度约31%，整体减小幅度较大，顶板下沉150 mm，煤柱帮位移51 mm，实煤体帮位移208 mm。

综上所述，当煤柱宽度大于20 m 时，煤柱内应力分布有利于巷道围岩控制，同时巷道围岩变形量也显著减小。结合试验巷道邻近工作面生产实际经验，确定留设煤柱宽度为30 m。

2.2 动压巷道围岩控制技术

基于3206 工作面回风平巷不同护巷煤柱宽度下煤柱应力及巷道变形情况模拟分析，确定留设30 m 宽煤柱掘进3206 工作面回风平巷。设计提出3206 工作面动压巷道围岩控制技术，具体如下：

（1）顶板采用锚杆（索）网联合支护，锚杆采用直径20 mm、长度2400 mm、钢号335 的螺纹钢锚杆，间排距800 mm×1000 mm，每排布置6 根，配套1 支CK2335（里侧）、1 支K2350（外侧）的锚固剂，采用14 mm 圆钢焊接的锚梁连接，锚索采用直径18.9 mm、长度6500 mm 的钢绞线，间排距1600 mm×2000 mm，每排布置2 根，配套1 支CK2350（里侧）、1 支K2370（外侧）的锚固剂，金属网采用6.5 mm 钢筋焊接的方格钢筋网搭接，规格2000 mm×1100 mm。

（2）帮部采用锚杆网联合支护，锚杆采用直径16 mm、长度1800 mm、钢号235 的圆钢锚杆，间排距800 mm×1000 mm，每排布置4 根，配套1支CK2350 的锚固剂，采用14 mm 圆钢焊接的锚梁连接，金属网采用6.5 mm 钢筋焊接的方格钢筋网搭接，规格2000 mm×1100 mm。

图4 巷道支护断面图（mm）

3 围岩控制效果分析

将提出的3206 工作面动压巷道围岩控制技术应用于掘进支护中，同时，监测了3206 工作面回风平巷围岩变形情况，如图5。

图5 3206 工作面回风平巷围岩移近曲线

由图5 可知，巷道变形主要集中在初掘10 d 内，该阶段，巷道顶底板最大变形速度超过了40 mm/d，帮部最大变形速度超过了30 mm/d；随着时间的推移，巷道变形速度显著降低，在巷道掘出25 d 后，巷道顶底板和帮部变形速度降低至2 mm/d 以下。巷道掘进稳定后，顶底板累计变形量约216 mm，帮部累计变形量约149 mm。3206 工作面回风平巷围岩变形在可控范围内。综上所述，3206 工作面动压巷道围岩控制技术实现了3206 工作面回风平巷的稳定控制。

4 结论

3206 工作面回风平巷邻近3204 工作面模拟分析了不同护巷煤柱宽度下煤柱应力及巷道变形情况，确定煤柱宽度大于20 m 时，煤柱内应力分布有利于巷道围岩控制，巷道围岩变形量也显著减小。结合试验巷道邻近工作面生产实际经验，确定留设煤柱宽度为30 m。基于此，设计提出了3206 工作面动压巷道围岩控制技术。技术应用后，巷道顶底板、帮部变形量稳定在216 mm、149 mm 左右，实现了3206 工作面回风平巷的稳定控制。