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薄基岩厚表土沿空掘巷研究

作者：张泽林

来源：《现代商贸工业》2011年第17期

（山西潞安集团左权五里堠煤业有限公司，山西 左权 032600）

摘 要：对于薄基岩矿区沿空掘巷问题至今没有研究，对一定情况下，沿空掘巷的可能性进行初步探讨。

关键词：薄基岩；沿空掘巷

中图分类号：TB 文献标识码：A文章编号：1672-3198（2011）17-0332-02

通过对薄基岩厚表土综放工作面采动支承应力分布演化规律的研究，分析薄基岩厚表土综放开采条件下，松散破碎围岩巷道煤柱宽度的确定方法和沿空掘巷的可行性，减小煤柱留设，提高采区采出率。 1 地质条件

司马矿3号煤层厚5.47～7.80m，平均6.62m，采用综采放顶煤方法开采，采空区全部跨落法管理顶板，煤层上覆基岩厚度不足60m的煤层有5km2，例如1901孔基岩厚仅9.25m，2102孔基岩厚21.11m，19-1孔基岩厚26.49m，20-2孔基岩厚19.88m等。司马矿风化带裂隙发育、深度30～50m，受风化作用，薄基岩区域煤层松软、上覆岩层强度小、节理、裂隙发育、完整性差，煤层上方没有关键层，开采后上覆岩层难以形成稳定的砌体梁平衡结构。基岩上部有厚黏土层是第四系古河口沉积，导水性差与基岩不整合接触，其强度较大。 2 砌体梁条件下沿空掘巷

如图1、图2所示：工作面端头基本顶断裂后形成的弧形三角块结构的运动、稳定对沿空掘巷围岩稳定的影响。沿空掘巷一侧为未开采的实体煤、另一侧为上区段采空区，上区段工作面基本顶在实体煤侧为固支边，端头基本顶的垮落特征：在工作面端头部位的破断线呈弧形，形成弧形三角块B。

三角块的稳定与工作面采动支承压力、采深、煤层的力学性质、采高，工作面采动影响有关。

在三角块的保护下，结合合理的支护手段，沿空掘巷巷道在掘进期间、回采期间都不会发生剧烈变形，以至于不能使用。 3 薄基岩厚表土情况下沿空掘巷

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在基岩较薄情况下，由于基岩有可能不足以形成砌体梁结构，在这种情况下进行沿空掘巷可行性值得分析。

根据地质条件看，采用全部垮落法时，冒落带在基岩较薄处会覆盖整个基岩层，则不能够形成板壳破断。

根据1101工作面地质资料对顶板岩层运动规律进行分析。基岩的稳定性主要存在回转失稳与滑落失稳两种情况，如图3。 （1）回转失稳分析。

根据砌体梁“S-R”稳定性理论，周期来压时，顶板不发生回转变形失稳的条件是： h+h1≤tanΦi+sinθ12（1） 式中： ih/l—断裂距； sinθ1［M-（kp-1）］/l

l—周期来压步距，kp—碎涨系数，一般取1.3； h—承载岩层厚度； h1—承载岩层厚度； ρg—承载岩层厚度； σc—承载岩层抗压强度。

按照司马矿1101工作面面进行验算，取M6.5m，l12m。带入式中，则临街负载岩层厚度为72m。 （2）滑落失稳分析。 不发生滑落失稳的条件为 h+h1≤tanΦi+sinθ12（2） 式中：

，h9m，ρg25kN/m3，σc45MPa，

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tanΦi—岩块间摩擦因数，一般取0.3。

带入1101工作面相关参数的临界负载岩层厚度为6m。 按照M·普罗托吉雅可诺夫理论，自然平衡拱高为： HL/（2f）（3） 式中：

L—岩块间摩擦因数，一般取0.3； f—岩石坚固系数。

L≤2h（h为黏土层厚度）故黏土层在一定范围内能够形成自稳拱结构。同时根据相关文献的分析，当基岩厚度大于20m同黏土层总厚度大于60m时，黏土层和基岩共同作用，形成“复合承载体”结构，能够形成砌体梁结构。则顶板能够形成“O-X”破断，能够形成弧形三角块机构，在这种情况下，沿空掘巷是可以实现的。

司马煤矿1101首采面，采3号煤，平均厚6.5m，煤层倾角0°～20°，平均10°。工作面处于+666水平，标高+695～+780m，相应地表标高为+927～+994m。西为采区大巷，南、北均为未采区，东部为煤层风氧化带。走向长164m，倾斜长1400～1420m，平均1410m。总体地势东高西低，呈一西倾的单斜构造，底板局部起伏不平，地质构造相对简单。据东部切眼附近的20-2钻孔，煤层上方表土层厚186.21m、距基岩附近含有超过40m的黏土层，基岩厚仅19.88m，主要为岩性较弱的砂质泥岩和粉砂岩；而据邻近1102面胶带顺槽西端的221钻孔，煤层上方表土层厚150.50m，基岩厚达80.92m，说明工作面范围内基岩厚度变化较大，由西向东有明显的变薄趋势。工作面采用倾向长壁综放开采，采3m，放煤3.5m；基本支架型号ZFS6200-17/33，共109架。

现场开采试验的同时进行了矿压观测分析和支护质量监测。从切眼开始计算，观测期间机巷推进距为63.8m，风巷推进距为65.2m，经历了工作面初次来压（平均来压步距27.7m）和3次周期来压（平均来压步距13.9，11.8，12.8m），图12为工作面支架平均工作阻力与推进距关系曲线，8号、45号和90号支架分别代表工作面上部、中部和下部，从中可知工作面顶板来压的分布变化状态。

根据1101工作面回采所测支架工作阻力数据，见图4，初次来压时支架工作阻力最大值接近6000kN，周期来压时支架工作阻力最大值接近4000kN，换算成负载重分别为35m、26m，对应采高为5.3M、4M，其数值尚在（4～8）Mγ范围内，虽然司马矿基岩受风化作用影响顶板强度小、裂隙发育，但是其支架工作阻力并未出现超出其最大值，并未出现压架情况。 4 结论