东峰煤矿3202综放面沿空留巷复用巷道采动破坏钻孔成像探测研究

东峰煤矿3202综放面沿空留巷复用巷道采动破坏钻孔成像探测研究

杨玉龙

兰花集团东峰煤矿有限公司      山西省晋城市 048000

摘  要：为解决沿空留巷复用巷道的围岩稳定性问题，本文根据该矿实际利用钻孔成像反应复用巷道受采动破坏影响程度，以钻孔观测裂隙发育为切入点，直观反应围岩破坏特征，同时为优化技术参数提供了理论依据。

关键词：留巷复用；钻孔成像；裂隙

0  引  言

作为一种典型的无煤柱护巷技术，沿空留巷在提高资源回收效率、缓解采掘接续紧张和实现工作面“Y”形通风等方面表现出显著的技术经济优势。不同于传统的煤柱护巷，沿空巷道在时间上不可避免地要经受工作面的采动影响，沿空留巷所处的这种特殊的时空关系导致其在整个生命周期内围岩整体变形较大。为解决沿空留巷复用巷道的围岩稳定性问题，本文以山西兰花集团东峰煤矿沿空留巷复用巷道为工程背景，从钻孔成像角度分析岩层结构、受采动后的围岩破坏特征、现用支护方式与参数，以及现用的切顶参数等现状进行整体评估，在评估的基础上持续跟进，不断优化支护与切顶参数。

1  工作面概况

东峰煤矿3202综放工作面位于二采区，采用综采放顶煤开采。3202工作面由北向南推进，工作面的西侧为已回采的3201回采工作面采空区，东侧为未开采的3203备采工作面，北侧为井田北部边界紧邻南阳煤矿，南侧为下董峰配风井保护煤柱，停采线位于运输顺槽距二采区胶带上山398m处。见3202综放工作面巷道布置及探测钻孔布置示意图1-1。

图1-1 3202工作面布置及探测钻孔位置示意图

3202进风顺槽为3201综采工作面回采时采用柔模混凝土墙沿空留巷复用巷道。由于采动应力的长时间作用，在3201工作面推过一定距离后，柔模混凝土墙沿空留巷就出现了强烈的矿压显现。具体表现为：留巷顶板沿混凝土墙剪切下沉，墙体上角顶煤呈颗粒状冒漏，墙体向采空区侧倾斜，严重底鼓，实体煤侧煤帮内移，巷道断面收敛严重。

2  工程概况

针对沿空留巷复用巷道存在的问题，本次在3202进风顺槽施工顶板窥视观察孔。本次探测共布置钻孔12个，分别对3202进风顺槽1160 m处，2140 m处，2160m处，2180m处靠近煤壁侧、巷道中间和靠近采空区侧的1号、2号、3号钻孔，4号、5号、6号钻孔，7号、8号、9号钻孔，10号、11号、12号钻孔进行了钻孔成像探测。各探测钻孔的位置见图1-1。

本次钻孔成像探测的目的就是要弄清3202工作面沿空留巷复用巷道的顶板岩层的原始结构和受采动影响后留巷顶板的裂隙、离层、断裂和变形与破坏特征，为进一步优化支护与切顶参数及合理的矿压监测方案设计提供依据。

3  钻孔成像探测分析

3.1 3202进风顺槽顶板岩层中的裂隙分布特征

图3-1（a，b，c，d）分别示出进风顺槽1160m处煤壁侧1号钻孔、1160m处巷道中间2号钻孔、1160m处采空区侧3号钻孔（4-12号孔类比1-3号孔观测）以及12个钻孔平均每0.5 m高度的裂隙条数（条/0.5m）随顶板高度（钻孔深度）变化的柱形图。可以看出，在3202进风顺槽中明显表现出了采动影响使进风顺槽顶板岩层中裂隙增加的特征。

（a）1160m处煤壁侧1号钻孔            （b）1160m处巷道中间2号钻孔

（c）1160m处采空区侧3号钻孔         （d）3202进风顺槽12个钻孔平均

图3-1  3202进风顺槽顶板裂隙条数与顶板高度关系的柱形图

从12个钻孔的平均意义上看，在0m的高度范围内，每0.5高度内平均裂隙条数为0.48条；在m的高度范围内，随着顶板高度的增加，每0.5高度内的裂隙条数从0.83条增加到2.2条，呈线性规律增加；在8m的高度范围内，随着顶板高度的增加，每0.5高度内的裂隙条数从2.2条减少到0.33条，呈线性规律减少。从这个结果可以看出，为应对采动压力对顶板破坏的影响，应对10m以下的顶板进行加强支护，对高度20m以下的顶板进行采空区等效处理。

（a）煤壁侧                        （b）巷道中间

（c）采空区侧

     图3-2  3202进风顺槽煤壁侧、中间和采空区侧顶板裂隙条数与顶板高度的关系图

    图3-2（a，b，c）分别示出进风顺槽煤壁侧1号钻孔、4号钻孔、7号钻孔、10号钻孔，巷道中间2号钻孔、5号钻孔、8号钻孔、11号钻孔，巷道采空区侧3号钻孔、6号钻孔、9号钻孔、12号钻孔探测得到的顶板裂隙条数与顶板高度关系的柱形图。通过对比可以看出，在巷道顶板0m的高度范围内，每0.5高度内平均裂隙条数为巷中

间0.56条条；在巷道顶板2m的高度范围内，每0.5高度内平均裂隙条数为巷道煤壁侧1.6745条条；在巷道顶板m以上的高度范围内，每0.5高度内平均裂隙条数为采空区侧1.1875条条。可见，受采动影响后，柔模墙沿空留巷巷道顶板下位和上位岩层中，采空区一侧裂隙较发育，顶板中位岩层中，煤壁侧裂隙较发育，并且顶板中位岩层中比上位和下位裂隙发育，这个规律符合柔模墙沿空留巷顶板岩层受力与变形规律。

4  结  论

选用3202进风顺槽留巷复用段对东峰煤矿综采工作面沿空留巷技术的采动破坏作为研究具有强有力的现实意义，可以为确保留巷复用巷道的正常使用和消除安全隐患提供数据参考，可以对留巷复用巷道的切顶参数、锚杆与锚索的支护方式与支护参数，煤帮和顶板、特别是柔模混凝土墙作用范围顶板的护表构件等进行进一步优化，并进一步提高混凝土墙上部和混凝土墙外侧附近采空区的充填程度，以确保混凝土墙能够正常受力并保持稳定。

采动破坏的裂隙分布研究给出了对于留巷前与留巷后巷道围岩的稳定性应统一考虑的迫切性，即初始支护应考虑留巷对围岩稳定性的要求，确保一次支护到位，尽量减少或防止多次加强支护或补强支护引起的支护体受力不均导致的支护材料断裂和围岩产生大变形引起的围岩断裂，进一步劣化围岩质量导致和失稳的现象发生。

钻孔成像更直观的展示了顶板受采动影响的破坏程度，为进一步改变支护方式，以长短锚索支护替代锚杆支护提供了技术参考，为各项设计的技术参数提供了一定的理论支持。

参考文献：

[1]康红普,牛多龙,张镇,等.深部沿空留巷围岩变形特征与支护技术[J].岩石力学与工程学报,2010,29(10):1977-1987.

[2]郭子程.厚煤层沿空留巷巷道实体侧煤柱补强支护技术研究[J].山西煤炭,2021,41(4):12-17.

[3]原红波.综放工作面沿空留巷墙体变形分析[J],山东煤炭科技，2019(6):45-47.