一、項目背景
我國許多煤礦煤層開采都處在近距離煤層群環(huán)境中，由于煤層層間距離大小不等，相互間開采的影響程度各異，特別是當(dāng)煤層層間距離小到一定程度時，臨近煤層間開采的相互影響將非常顯著，嚴(yán)重影響礦井的安全、高效生產(chǎn)。而現(xiàn)有的近距離煤層開采研究成果對于解決層間距離較大的煤層群開采設(shè)計和圍巖控制起到了關(guān)鍵作用，但是對于層間距離很小的煤層群開采不能完全適合。
某煤業(yè)集團主力礦井所采1-1煤和2-2煤層間距60m左右，由于受多次采動影響，2-2煤工作面順槽出現(xiàn)錨桿斷裂，片幫嚴(yán)重，并出現(xiàn)明顯底鼓和頂板下沉，影響正常運輸和行人。該集團的另一個主力礦井也出現(xiàn)輔運順槽變形嚴(yán)重，錨桿斷裂等現(xiàn)象。
二、研究內(nèi)容
1.現(xiàn)場調(diào)查與巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試及評估
在該礦進(jìn)行煤巷地質(zhì)與生產(chǎn)條件調(diào)查，以及現(xiàn)有巷道支護(hù)狀況調(diào)查，分析支護(hù)參數(shù)中存在的問題，并在井下選擇有代表性的地點，進(jìn)行圍巖強度與圍巖結(jié)構(gòu)測試，目的是對巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)了解，為合理確定巷道支護(hù)參數(shù)奠定基礎(chǔ)。
2.煤柱應(yīng)力分布規(guī)律研究
采用現(xiàn)場實測的方式監(jiān)測多次采動影響過程中煤柱內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律，掌握煤柱內(nèi)應(yīng)力變化特征。
3.多次動壓影響巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究
巷道圍巖變形及錨桿索受力規(guī)律研究，主要包括巷道兩幫及頂板裂隙動態(tài)擴展監(jiān)測、巷道兩幫及頂板位移監(jiān)測、錨桿索受力監(jiān)測。通過以上監(jiān)測數(shù)據(jù)，可確定煤柱裂隙擴展范圍，分析巷道圍巖穩(wěn)定性及指導(dǎo)支護(hù)材料優(yōu)化，為新掘動壓巷道支護(hù)設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
4.試驗巷道支護(hù)初始設(shè)計
根據(jù)對礦壓監(jiān)測等數(shù)據(jù)的綜合分析，對新掘多次動壓影響巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計。
5.井下施工和礦壓監(jiān)測指導(dǎo)、質(zhì)量把關(guān)及問題處理
根據(jù)礦壓監(jiān)測設(shè)計指導(dǎo)礦壓監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果隨時修正支護(hù)設(shè)計。
三、研究結(jié)論
1.巷道支護(hù)體在工作面距巷道80-120m左右時開始受到超前支承壓力影響，在工作面推至巷道相應(yīng)位置時，僅出現(xiàn)輕微礦壓顯現(xiàn)，支護(hù)體受力小幅增加，表現(xiàn)出明顯的滯后性。在工作面推過后，由于采空區(qū)懸頂?shù)雀矌r結(jié)構(gòu)尚未充分穩(wěn)定，支護(hù)體受力持續(xù)增加；當(dāng)工作面推過測站500m左右時采空區(qū)覆巖形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，支護(hù)體受力達(dá)到峰值并穩(wěn)定下來。值得注意的是，采空區(qū)覆巖破斷會對巷道支護(hù)體形成沖擊，造成錨桿受力突增和錨索鎖具松動現(xiàn)象?？傮w來說錨桿受力普遍較小，遠(yuǎn)未達(dá)到受力極限，錨索受力除頂板震動影響外，未受到明顯采動影響，基本穩(wěn)定不變。
2.與支護(hù)體受力表現(xiàn)一致，巷間煤柱應(yīng)力顯現(xiàn)也出現(xiàn)明顯的滯后性，在工作面推至巷道相應(yīng)位置時，煤柱應(yīng)力僅出現(xiàn)輕微增加?？傮w上，煤柱應(yīng)力變化大致可分為4個階段，以1350m測站觀測數(shù)據(jù)為例：（1）采動影響前穩(wěn)定階段，在工作面推至距測站80m之前，煤柱受力基本保持穩(wěn)定，變化幅度較??；（2）采動影響應(yīng)力劇增階段，在工作面推至距測站80m直到工作面推過測站170m范圍內(nèi)，煤柱受力快速增加，最高由5.0MPa升至8.1MPa；（3）采動影響應(yīng)力緩增階段，在工作面推過測站170m至推過測站515m（范圍內(nèi)，煤柱受力總體呈現(xiàn)緩慢增加態(tài)勢，增幅普遍在0.5MPa左右；（4）采動影響后應(yīng)力釋放階段，當(dāng)工作面超出測站515m之后，隨著工作面推進(jìn)，煤柱應(yīng)力普遍呈緩慢下降態(tài)勢，降幅大體在0.5-2MPa之間。
3.靠近巷道表層的煤柱煤體應(yīng)力監(jiān)測數(shù)值普遍小于深部煤柱煤體，推斷是由于此部分煤體在高地應(yīng)力與采動支承壓力影響下發(fā)生破壞，出現(xiàn)了一定的卸壓現(xiàn)象；當(dāng)工作面推過500m，采空區(qū)覆巖充分穩(wěn)定后，煤柱整體出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，推斷是由于此時煤柱表層煤體在峰值支承壓力作用下不斷破碎，故不再增加的支承壓力出現(xiàn)了轉(zhuǎn)移與釋放。
4.在工作面推進(jìn)距測點70 m范圍外時，表面位移整體變化較小，各區(qū)域收斂變形趨近于0。隨工作面推近測點，巷道各區(qū)域圍巖移近量緩慢增加，當(dāng)工作面推至距測站24m以內(nèi)后，圍巖收斂變形速度顯著增加，移近速度最大為180mm/d，至工作面推至測站2m時，頂?shù)装謇塾嬕平窟_(dá)到305 mm，兩幫移近量達(dá)到280mm；其中工作面底板鼓出量最為突出，這主要是因為底板之上的水泥地板剛度過大，受兩幫擠壓彎折破壞后向上鼓出，巷道實際底板變形較小。綜上，頂板下沉量變化較小，而兩幫移近量尤其是煤柱幫移近量較大，水泥底板輕微鼓出，整體上巷道圍巖變形在合理范圍內(nèi)，不影響工作面正?；夭芍刃?。
5.頂板與兩幫內(nèi)部均為整體致密，但橫向裂隙發(fā)育，未見明顯縱向裂隙發(fā)育特征；工作面采動未對頂板內(nèi)部裂隙造成明顯影響，但造成了淺部煤體橫向裂隙開裂現(xiàn)象；在采動影響前，煤柱幫煤體與實體煤幫煤體觀測結(jié)果類似，整體上并未發(fā)現(xiàn)明顯煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育與破壞現(xiàn)象，煤體整體結(jié)構(gòu)完整致密；在采動影響過后，相比于實體煤幫，煤柱幫淺部煤體出現(xiàn)明顯板裂化現(xiàn)象，出現(xiàn)多條新生橫向裂隙，裂隙周圍煤體未出現(xiàn)明顯塑性破壞現(xiàn)象，可以解釋為煤體在支承壓力作用下出現(xiàn)的側(cè)向張拉破裂，此時煤體仍具有一定的抗壓、抗彎能力，對軸向拉力的抵抗則主要依靠錨桿軸向力的約束，提高錨桿預(yù)緊力可有效控制煤幫的側(cè)向張拉破裂。
6.綜合各測點煤體強度測試結(jié)果來看，5.0m以內(nèi)煤體強度在20MPa以內(nèi)，5.0m-9.7m煤體強度略高于淺部煤體，處于20-25MPa之間，煤體位置越深，強度越大?？傮w上煤體平均強度為21.7MPa。
7.整體來看，巷道圍巖整體穩(wěn)定性良好，但支護(hù)體利用效率較低。在多次動壓影響下，已出現(xiàn)離層現(xiàn)象的煤體將進(jìn)一步發(fā)生破壞，現(xiàn)場部分地段煤幫出現(xiàn)了整體彎折破壞，大塊煤體片落，對巷道安全造成了一定威脅。建議后續(xù)巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計時提高錨桿、錨桿預(yù)緊力，加強對巷道圍巖的軸向約束，減少橫向裂隙開裂、圍巖離層破壞現(xiàn)象，防止煤幫大面積彎折潰屈破壞。
8.在整體巷道礦壓觀測過程中，未發(fā)現(xiàn)明顯的上水平工作面回采對本工作面巷道穩(wěn)定性影響的現(xiàn)象。
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