摘要：本文針對“三軟”煤層復雜頂板圍巖條件下應用沿空留巷技術，應用FLAC對“三軟”煤層沿空留巷前后的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行了數(shù)值分析。研究表明，對“三軟”煤層復雜頂板條件下應用沿空留巷技術時，頂板下沉量得到控制，充填體應具有足夠的可縮量以適應老頂?shù)幕剞D，通過適當?shù)南驴s讓壓，充分發(fā)揮圍巖的承載能力；同時，充填體還應具有足夠的支護阻力參與頂板運動及平衡，以縮短過渡期頂板劇烈活動的時間，減緩留巷頂板過大的下沉量。此種條件下，沿空留巷技術行之有效。

關鍵詞：三軟煤層；沿空留巷；充填；模擬；礦山壓力

1概述

沿空留巷技術20世紀50年代在我國開始使用以來，一直是我國煤炭開采的重要技術發(fā)展方向。沿空留巷技術能夠較好地實現(xiàn)無煤柱護巷、合理開發(fā)煤炭資源、提高煤炭資源采出率、延長礦井服務年限、減少巷道掘進量、緩解采掘接替矛盾、取消孤島工作面及縮短搬家時間、防止發(fā)火。沿空留巷技術是有利于礦井安全生產(chǎn)和改善礦井技術經(jīng)濟效果的一項重大護巷技術，而且它也是礦山進行采煤方法改革、實現(xiàn)前進式和往復式開采、實現(xiàn)Y型通風方式、治理工作面瓦斯超限難題的最有效途徑［1-5］。

2工程概況

工作面上順槽巷道屬于深井大跨度“三軟”煤層回采巷道，頂板賦存條件變化頻繁，巷道局部地段礦壓顯現(xiàn)強烈，強烈的動壓影響對巷內支護和巷旁充填體的強度、剛度和整體穩(wěn)定性提出了很高的要求，特別是對巷內支護材料的適應性、對充填材料的早期強度和抗變形性等提出了巨大的挑戰(zhàn)。

3計算模型的建立

根據(jù)地質資料，采用平面應變計算模型來模擬巷道在回采和留巷期間圍巖的變形過程，將圍巖視為分層各向同性彈性介質。計算模型尺寸長×寬=100m×51m，巷道寬×高=5.0m×3.4m。模型的左、右及下邊界均為位移固定約束邊界，上邊界為應力邊界，按上覆巖層厚度施加均布載荷［6-8］。模型中各層物理力學參數(shù)見表1。

4模擬結果分析

4.1超前采動影響期間的計算結果分析

（1）超前采動影響下巷道圍巖應力分布情況，如圖1所示。

（a）垂直應力分布

（b）水平應力分布

圖1超前采動影響下應力分布

從圖1可以看出，巷道周邊應力基本在10MPa的低應力范圍區(qū)域，高應力分布在離巷道較遠的區(qū)域，形似雙耳狀，這正是由于錨桿錨索形成的預應力承載梁的作用，使得高應力向巷道兩側深部圍巖轉移的結果。巷道肩角受到的水平剪切作用較強，但總體應力值并不是很大，與垂直應力相差不大。

（2）超前采動影響下巷道變形情況、變形曲線及四周最大位移量分別見圖2、圖3和表2。

從圖2—圖3中可以看出，回采時巷道在超前采到應力的影響下，回采期間四周的位移量明顯增大，頂板下沉量急劇增加，底鼓破壞的趨勢也較明顯。巷道四周最大位移量發(fā)生在頂板，到達了645.5mm，巷道兩幫及頂?shù)滓平糠謩e高達947.1mm和998.1mm。因此，這種情況下要對局部巷道進行采前維護，頂板管理尤其重要，超前加強支護一定要使用初撐力較高的單體支柱。

4.2留巷期間的計算結果分析

（1）留巷期間巷道圍巖彈塑性區(qū)及應力分布情況，如圖4所示。

圖4留巷期間圍巖彈塑性區(qū)

從圖4分析可知，留巷期間巷道四周出現(xiàn)了大量的塑性區(qū)及拉應力區(qū)。先在巷道上幫部的外圍形成了拉應力區(qū)，內圍形成了塑性區(qū)，這是由于幫部急劇的變形導致的結果。留巷時巷道頂板的進一步下沉，在頂板中間出現(xiàn)了拉應力，但是由于錨桿和錨索的存在避免了拉應力的進一步擴張，保護了頂板的穩(wěn)定。同時充填墻體的上下肩角處也相應地存在拉應力，這不僅與頂板下沉和底鼓有關系，而且也與充填材料的性質有很大的關系。從圖1可以看出，巷道及采空區(qū)都處在應力降低區(qū)內，這是因為隨著回采后直接頂板的冒落、老頂?shù)幕剞D下沉破斷，以及“三角塊”的形成，有效承擔了上覆巖層的重量，保護了巷內支護免受上覆巖層自重應力作用的結果。

（2）留巷期間巷道圍巖變形曲線及最終位移量分別見圖5和表3。

根據(jù)圖5和表3可以看出，頂板下沉量進一步增大到了731.3mm，之后趨于穩(wěn)定。充填墻體在垮落頂板的壓力下壓縮量為394.4mm，模擬充填墻體高度為3.4m，壓縮量達到了11.6%。因此，充填體應具有足夠的可縮量（要達到11.6%）以適應老頂?shù)幕剞D，通過適當?shù)南驴s讓壓，充分發(fā)揮圍巖（老頂巖梁及冒落矸石）的承載能力；同時，充填體還應具有足夠的支護阻力參與頂板運動及平衡，以縮短過渡期頂板劇烈活動的時間，減緩留巷頂板過大的下沉量。

結語

針對“三軟”煤層復雜頂板條件下應用沿空留巷技術，利用FLAC模擬分析了沿空留巷巷道超前采動影響期間和留巷期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。研究表明，頂板下沉量得到控制，充填體應具有足夠的可縮量（要達到11.6%）以適應老頂?shù)幕剞D，通過適當?shù)南驴s讓壓，充分發(fā)揮圍巖（老頂巖梁及冒落矸石）的承載能力；同時，充填體還應具有足夠的支護阻力參與頂板運動及平衡，以縮短過渡期頂板劇烈活動的時間，減緩留巷頂板過大的下沉量。研究證明，沿空留巷技術行之有效。

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作者簡介：蘇士杰（1982—），男，漢族，河南濮陽人，碩士，高級工程師，從事沖擊地壓研究與治理。