蹬空区巷道变形规律分析

张培东

摘要：煤炭资源日趋枯竭的今天，提高煤炭资源的回收率显得尤为重要。为尽可能的将蹬空区的煤炭回收及安全生产，本文对回采工作面经过蹬空区的全过程进行矿压观测，研究了老顶的运动特征以及回踩行的的的变形。结论表明：矿压显现规律受经过蹬空区的影响可分为初期影响阶段、影响剧烈阶段、后期影响阶段；针对巷道在各个阶段不同的变形给出支护方案。研究结果可为类似条件下的回采巷道布置提供一定的参考依据。

关键词：蹬空开采；矿压；巷道变形

1工程概况

某矿4207工作面位于4号煤层二采区。42采区位于41采区之上15.82-30.91m，平均26.23m。该工作面之下除小部分为4号煤层一采区的部分采空区，大部分为岩层，属采空区上近距离煤层开采。41采区于2011年开采完毕，开采方法为高档普采。41采区煤厚分布在0.5-1.8m，且顶板岩性为泥岩和细粒砂岩。

4207工作面的开采深度平均126.1m，煤层厚度1.1～1.5m，采高1.4m，煤层倾角3º～5º，该工作面始采于切眼，终采于42采区运输大巷保护煤柱。工作面沿走向方向的推进长度1014m，工作面倾斜长度为145m，面积147030m2。42采区煤层顶板岩性为泥岩、细砂岩和砂质泥岩。底板岩性为泥岩、细砂岩和砂质泥岩，且无地质构造分布。

工作面安设有采煤机MG2*100/451-WD一台，刮板输送机SGZ-730/400一台，转载机SZZ-764/160一台，胶带输送机DSJ100/2*110一台，乳化液泵站BRW200/31.52台。安设的液压支架型号为ZY4800/09/21掩护式液压支架，初撑力为2616kN，工作阻力可达4800kN

2工作面矿山压力观测

在4207工作面综采支架安设10台综采支架压力监测仪，工作面压力液压支架工作阻力监测如图1所示。观测工作面采动对顺槽巷道的影响范围采用应力传感器，在运输顺槽蹬空区中部上方巷道断面、运输顺槽距蹬空区中部110m处，在两帮布置深度分别为4m、6m、8m、10m、12m的钻孔应力计，该钻孔应力计有自动存储数据功能。对工作面巷道表面位移量的监测采用测杆、2台激光测距仪、钢卷尺和2把皮尺进行。巷道的测点布置如图3所示。本次监测共历时4个月，期间工作面推进180m。

图1工作面测线布置图

3矿压显现及巷道变形规律

3.1矿压显现规律

图3为75#液压支架左右支柱每日最大工作阻力折线图，工作面最大工作阻力主要分布在200kN到900kN之间。如图所示，根据支架的来压判据可知在4207工作面在第45次观测时由回风顺槽开始进入蹬空区域边界，至第79次观测工作面回采完毕。

由图3可得：在未进入蹬空区时，即1-45天阶段，工作面周期来压特征明显，周期来压期间支架工作阻力明显增大。由此可判断工作面周期来压共有5次。周期来压步距为24-36m，平均步距为22.8m。当工作面在开始进入蹬空区域时，工作面支架最大工作阻力有明显上升趋势；工作面支架最大工作阻力的均值增大，最大工作阻力未出现明显波动基本保持稳定，这是由于运输顺槽端部并未进入蹬空区域；对比支架进入蹬空区域与非蹬空区域发现，工作面进入蹬空区后周期来压时间的变短，且周期来压步距缩减至18m-30m，平均19.2m。在蹬空区域边界及邻近，工作阻力有增大趋势。

图375#架最大工作阻力

3.2巷道变形规律

在4207工作面运输顺槽中布置了10个巷道变形量观测测点，分别为1#-10#观测点和蹬空区域边界A、B两个观测测点。在回风顺槽中布置了11个巷道变形量观测测点，分别为1#-10#观测点和蹬空区域边界C、D两个观测测点（表1、表2为测点位置的分布），所有测点位置以至运输大巷距离来确定。

表1运输顺槽测点分布

由观测点收集到的数据整理后，可将观测点分为3段如表3，表4所示，回采过程中巷道顶底板及两帮的移进量受蹬空区形象可划分为3个阶段：

（1）初始影响阶段：测点距离运输顺槽115-180m的区域。工作面由非蹬空区逐渐推进至蹬空区边缘即将进入蹬空区，在该处所受到的扰动使巷道变形量逐渐增大。此时顶底板移近量在38-42mm之间，帮部位移量分布在在31-40mm之间。为保证通风行人采取了帮部锚索加固措施。

（2）剧烈影响阶段：测点距离运输顺槽42-107m的区域。此时工作面进入蹬空区，此时巷道受到的扰动使得变形量急剧增大。顶底板移近量在42-60mm之间，帮部位移在40-55mm之间。顶底板以及帮部位移明显比初期影响阶段大，巷道变形明显。为保证生产的安全需对帮进行补锚索并加大刷帮宽度及卧底量来保证断面符合要求。

（3）后期影响阶段：测点距离运输顺槽42-0m的区域。随着回采工作面逐渐脱离蹬空区，巷道所受到的扰动逐渐减小，此时运顺顺槽变形量明显减小，顶底板移近量在20-38mm之间，帮部位移在29-35mm之间。因而此阶段不必采取上述两个阶段的相关措施。

表3运输顺槽测点分布

回风顺槽中总体巷道变形量较小，巷道宽度和高度变形量均在40mm以下，但在10#测点巷道高度、蹬空区域边界C和蹬空区域边界D处巷道高度出现了较为明显的变化。引起这一现象的主要原因可归结与回风顺槽距蹬空区水平距离较远，在77-180m段距离蹬空区较远，受采动影响较小，进入蹬空区以及前后所受扰动于运输顺槽几乎相同。

4结论

（1）在观测的第1-45天，回采工作面尚未进入蹬空区，液压支架最大工作阻力较小，顶板的压力显现与正常水平持平，未见异常。工作面在45天后进入蹬空区，液压支架最大工作阻力增大，来压周期变短，在此阶段需加强防护。

（2）由运输顺槽和回风顺槽监测数据可得，蹬空区对巷道变形的影响分为三个阶段：初始影响阶段、剧烈影响阶段、后期影响阶段。为保证生产的安全性可针对这三个阶段对巷道产生的影响进行相应的措施如刷帮、锚索加固等

（3）回风顺槽的整体变形量均小于轨道顺槽是由于蹬空区的不对称性引起，建议在回采期间对应力及变形不对称的巷道加强监测。

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