1、附录A综放沿空掘巷卸压技术研究瞿群迪中国矿业大学能源学院，徐州，221008摘要： 针对综放工作面沿空掘巷巷道的变形特征，作者认为确保沿空掘巷围岩稳定的关键是控制采动影响期间巷道的变形。考虑到综放面巷道布置的特点，提出了卸压技术方案，并且运用离散元3.0 程序（UDEC- 3.0）分析卸压效果。关键字：综采放顶煤，沿空掘巷，巷道布置1 综放沿空巷道变形特征根据关键层理论和上覆岩层运动规律可知，当上区段工作面推过后，沿其倾斜方向，老顶破断在下区段煤柱内，随着工作面的不断往前推进，形成一种稳定的结构，这个结构被称为大结构。与此同时，沿倾斜方向的支承压力峰值向下区段煤体深处转移，沿空巷道应布置在大结
2、构下方的应力降低区域，如图1所示。围岩大结构的稳定性分析与现场调查都表明了综放沿空掘巷与其他类的巷道相比有明显的区别。它的主要特征如下所示（1）巷道开掘期间，综放沿空巷道与大多数的软岩巷道是相似的。巷道开挖对大结构的稳定性影响是非常小的。由于受开掘影响，巷道周围应力改变并且产生了应力集中，沿空巷道出现了一定的变形值。（2）巷道开掘之后和回采影响之前，围岩大结构是稳定的，巷道变形很小。（3）当沿空巷道受到综放工作面的采动影响时，老顶再次发生破坏，原上覆岩层的稳定受到破坏。岩块A与岩块B处于运动的不稳定状态。尤其是采动期间沿空巷道产生严重变形，变形量是巷道开掘期间的5-6 倍，这是由于关键块B的旋
3、转下沉造成的。图1 综放沿空掘巷与上覆岩层的结构关系2 综放沿空巷道的卸压机理卸压巷道布置在巷道周围岩石中对于减小巷道周围的应力和防止其发生严重的变形和破坏的一种十分有效的技术方案。国内，在巷道之上布置卸压巷道常被大部分煤矿采用以保护一些服务年限较长的重要硐室。巷道服务年限相对较短并且开掘一两条额外的卸压巷道需要投入大量的资金，同时也影响正常的生产，因此，提出了改革综放巷道的布置的技术方案来达到卸压的目的。在综放工作面内，用于瓦斯抽放的一条或两条巷道沿采煤工作面的顶板中部（有时靠近工作面的端部）掘进。针对综放工作面厚煤层的条件，提出了如下的卸压方案：其中的一条瓦斯尾巷（也被称为卸压巷道）布置在
4、沿空巷道的上部。因此，这条巷道同时达到了瓦斯抽放与卸压的目的。由上区段工作面产生的侧支承压力转移到沿倾斜方向的煤体深部，沿空留巷的围岩应力状态得到了很好的改善。采用超前本工作面在卸压巷道两帮的煤体内松动爆破，目的是在沿空留巷的上部产生足够宽的卸压区域。卸压区域能作为缓冲垫层以吸收和减少由关键块B旋转下沉所产生的高压力，因而转移到沿空巷道的应力值降低，再次达到了卸压的效果。最终，在综放采动影响期间的沿空巷道围岩的大变形得到显著的降低，有效控制了综放沿空留巷围岩的变形。3 卸压效果的数值分析针对卸压技术的现场测试条件，运用UDEC3.0程序分析影响卸压效果的主要因素。新集煤矿的条件如下，煤层厚度7
5、.5 m，倾角12，普氏系数为0.7。煤层直接顶为强度较低的泥质砂岩，厚度为2.0 m,老顶岩性为石英砂岩，厚8.0 m。沿空巷道埋藏深度位于371-453 m之间，巷道与相邻采空区之间保留有23 m宽的窄煤柱，采用梯形木棚支护，支架之间的间距分别为3.2m，2.8m，0.5m。3.1卸压巷道位置对卸压效果的影响因为沿空巷道与卸压巷道分别沿煤层的顶底板布置，所以不用考虑两条巷道之间的垂直距离的改变。沿空巷道与卸压巷道的布置情况如图2所示。这样可以确保沿空巷道顶板的完整性并且避免其与采空区贯通。假设L代表卸压巷道与沿空巷道之间的水平距离，随着L的增加，沿空巷道的变形量也随着增加。L取不同的数值，
6、巷道变形量如图3 所示。事实上，随着卸压巷沿煤层倾斜方向向深部转移，位于沿空巷道之会出现一个稳定的煤柱，煤柱宽度继续增加，这对沿空巷道围岩的支承力有明显的影响，从而导致围岩应力与变形的显著增加。图2 现场测试巷道布置平面图1 运输巷；2沿空巷；3卸压巷；4瓦斯巷；5松动爆破区3.2松动爆破宽度与强度对卸压效果的影响卸压巷道两帮每帮松动爆破宽度模拟值分别选3 m，5 m，7 m。计算模拟结果表明随着爆破范围的扩大，沿空巷道顶板应力集中也随着减弱。爆破宽度值的改变对窄煤柱比对实体煤的的应力与变形的影响更大。当爆破宽度值从3 m到5 m时，窄煤柱的变形量减少了30%，图3 与沿空巷道变形之间的关系图
7、1两帮移近量;2采空区附近顶底板移近量;3实体煤附近顶底板移近量但是，当爆破值从5 m到7 m时，窄煤柱的变形量又会增加。结果表明，如果爆破宽度值超过了某一限定值，沿空巷道之上的顶煤就会失去对关键块B 的支撑，因此，关键宽B 急剧旋转下沉失去稳定性，窄煤柱变形加大，快速被破坏。由此可知，爆破宽度应限定在一个合理的范围之内以有效控制沿空巷道与采空区之间窄煤柱的变形。爆破强度也对卸压效果有很大的影响。如图4所示，在卸压巷道两帮的爆破范围内，爆破效果越好，煤体越破碎，越脆弱。良好的爆破效果能进一步减少来自上覆岩层运动对沿空巷道煤壁与软弱底板岩层的应力转移，改善沿空巷道围岩的卸压效果。图4 不同爆破强
8、度下沿空巷道围岩的变形图（a）强爆破度 （b）弱爆破度3.3操作工序对卸压效果的影响可行的操作工序有以下的三个类型，一、先掘沿空巷道，然后掘进卸压巷道，最后实施爆破；二、先掘卸压巷道，然后掘沿空巷道，最后，超前采煤工作面内的移动支承压力实施爆破；三、开始先掘卸压巷道，然后实施爆破，最后掘进沿空巷道。数值模拟结果表明卸压效果最好的是第二种方式，最差的是第一种方式。第二种方式先掘卸压巷道，然后沿空巷道周围的应力值急剧降低。这种情况下，掘进沿空巷道，其围岩的初变形受到限制。最后依据前支承应力的分布来实施爆破。因此，这种工序能降低沿倾斜方向上工作面开采形成的固定支承压力和走向工作面超前移动支承压力的叠
9、加值，有效改善了卸压效果。现实生产中，卸压巷道掘进后再掘进沿空巷道，因此，卸压巷道能充当排水巷道或者辅助运输巷道。4 现场应用效果考虑到新集煤矿1309综放工作面的地质条件，防止沿空掘巷过程中顶板垮落消除来自于相邻上区段采空区的水的侵入，采矿区煤层自燃等实际因素以及数值模拟的结果，提出了合理的现场方案，并得以检测。实施卸压方案之后，沿空巷道围岩的变形及破坏程度得到明显降低。卸压技术放案实施前后沿空巷道变形曲线如图5所示。在采煤工作面前方50 m的范围内，顶底板平均移近从卸压前的1300 mm/d 降到了386 mm/d,降低了70.3 %，两帮平均移近从卸压前的997 mm/d 降到了515
10、mm/d,降低了48.3%。图5 卸压技术放案实施前后沿空巷道变形曲线1变形前顶底板移近曲线；2变形后顶底板移近曲线；3变形后顶底板移近曲线；4变形后顶底板移近曲线；未卸压沿空巷道修复了35次之后，巷道围岩的变形仍然非常大，破坏十分严重。靠近采煤工作面的沿空巷道的断面面积一般小于4 m2，一些地方的面积小于0.52 m2。运用卸压技术后，沿空巷道的维护状况得到了很大的改善。沿空巷道的维护状况处在良好的条件下，一些局部的修复工作之后，靠近工作面的巷道面积超过了6 m2。5 结论（1）采动影响期间，确保沿空巷道的稳定性和矿井的安全生产关键是控制巷道围岩的变形。通过改革综放面巷道的布置，瓦斯抽放巷道
11、也可以充当卸压巷道，起到了很好的卸压效果。（2）卸压巷道产生了一定的卸压区，松动爆破能显著的降低由关键块B旋转下沉所诱发的高压力向沿空巷道围岩的转移，以达到减少沿空巷道围岩变形的目的。（3）距离l越长，沿空巷道的卸压效果越弱。卸压巷道两帮松动爆破的宽度应限制在合理的范围内。松动爆破的强度越大，卸压效果越好。卸压维护合理的操作工序如下，先掘进卸压巷道，然后沿空掘巷，最后实施爆破。（4）卸压技术方案现场的成功运用为维护沿空巷道和布置综放巷道提供了一个新的思路。Study on destressing technology for a roadway driven along goaf in a f
12、ully mechanized top-coal caving faceQU Qun-di School of Energy Science & Engineering, China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008, ChinaAbstract: Based on the deformation characteristics of the roadways driven along goaf in fully mechanized top-coal caving faces, the author considers tha
13、t it is the key to ensure the stability of surrounding rocks of roadway driven along goaf to control the deformation during the period affected by mining. Considering the characteristics of the roadway layout in fully mechanized top-coal caving faces, a technical scheme of destressing is put forward
14、 and the destressing effect is analyzed by using the software of Universal Distinct Element Code 3.0 (UDEC- 3.0).Keywords:fully mechanized top-coal caving, gob-side entry driving, roadway layout1Deformation characteristics of the gob-side entry in a fully mechanized top-coal caving face In the light
15、 of key stratum theory and the law of overlying strata movement, we know that along the dip direction the main roof broke in coal wall of the lower district sublevel and formed a rock beam structure called big structure of surrounding rocks after the upper district sublevel is extracted forward. At
16、the same time , the peak of side abutment pressure is transferred to the depth away from the periphery along the dip direction and the coal body under the big structure lies in stress-relaxed area where the gob-side entry is laid out , as shown in Fig.1. The stability analysis of the big structure of surrounding rocks and field surveys al
