陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司 716000
摘要：本文通过对105工作面回风顺槽在104工作面及本工作面回采过程遭到的破坏原因进行定性分析，提出了相邻工作面之间煤柱留设的大小、顺槽断面及支护参数的研究需注意的问题，提出建议，确保安全生产。
关键词：顶板破坏；煤柱留设；支护参数；分析研究
1、105工作面情况
1.1 105工作面概况
105工作面是一盘区的第五个综放工作面，一盘区位于建北煤矿井田南部，此工作面位于一盘区大巷西侧，南为106工作面，东为一盘区巷道煤柱，西为三盘区，北为104工作面采空区。上覆岩层厚度在300-450m之间。
105工作面主采煤层为4号煤，近水平煤层，煤层结构简单，煤层裂隙有水，平均厚度6.54m，煤层伪顶为碳质泥岩，厚度小于0.3m，在部分地区分布。直接顶为粉砂岩厚度3.5m左右。基本顶为小街砂岩，厚度4m左右。直接底为粘土质沉积物，厚度6m左右，基本底为泥岩，厚度7m左右，易底鼓。
105工作面回风顺槽长度1650m，留舍100米保护煤柱，可采长度1550米，工作面长度220米，煤层平均厚度6.54米，可采储量322.9万吨。
1.2煤柱留设
105工作面与104工作面之间的保安煤柱30m，与106工作面之间的保安煤柱30m，与一盘区辅助运输巷的煤柱为100m。
1.3巷道的几何参数及支护形式
105工作面进、回风顺槽及切眼均采用矩形巷道，留顶煤（1-2m）掘进。
回风顺槽宽5.0m，高度为3.6m，顶板采用锚索桁架支护（3232），锚杆长2.5m，间排距为1m×1m；锚索长6.3m，间排距为1.6m×1m，钢带长4.8m，；两帮采用3.2的钢带和锚杆及平焊钢筋网对煤帮进行维护，间排距为1m×1m。
进风巷道宽5.8m，净高3.6m，顶板采用锚索桁架支护（3232），锚杆长2.5m，间排距为1m×1m；锚索长6.3m，间排距为1.6m×1m，钢带长5.6m，；两帮采用3.2的钢带和锚杆及平焊钢筋网对煤帮进行维护，间排距为1m×1m。
2、104工作面情况
104工作面是建北煤矿一盘区第四个采煤工作面，南与的105工作面相邻，东为一盘区巷道煤柱，西为三盘区，北为103工作面采空区。（见图1）104工作面顺槽长度为1650米，工作面宽度为200米，近水平煤层，煤层结构简单，煤层裂隙有水，平均厚度6.8m，煤层伪顶为碳质泥岩，厚度小于0.3m，在部分地区分布。直接顶为粉砂岩厚度3.5m左右。基本顶为小街砂岩，厚度4m左右。直接底为粘土质沉积物，厚度6m左右，基本底为泥岩，厚度7m左右，易底鼓，104工作面于2013年1月份开始回采，到2013年11月份回采结束。
从2013年3月份开始，回风顺槽顶板压力显现非常明显。特别是回顺超前段尤其突出，顶板弯曲下沉，片帮严重。顶板下沉量最大达1.5米，片帮最深处达0.9米，回顺与工作面机尾处出口不畅，给安全生产带来严重威胁。回风顺槽破坏情况见图2
图中实线部分为破坏前巷道断面，图中虚线部分为破坏后巷道断面
2 破坏原因分析
2.1 支护强度不够
在软弱破碎围岩条件下，巷道围岩的变形量很大，巷道开挖后立即采用锚索支护可能会因锚索纲绞线延伸量超过极限而破断。因此在巷道开挖初期只安装锚杆，通过锚杆的加固作用，锚岩体具有一定的承载能力，允许围岩发生较大的变形，释放围岩变形能量，围岩在一定变形范围内可以保持自身稳定。随着围岩变形量的增大，锚岩支护体的承载能力和自稳能力降低，当锚岩支护体的自稳能力达到极限之前、围岩剩余变形量小于锚索纲绞线允许延伸量时，安装锚索减少了围岩对锚索延伸量的要求，保持锚岩支护体和围岩稳定。
105工作面虽然采取了锚杆和锚索支护形式，但从破坏情况来看，由于顶板层理裂隙发育，锚杆没有起到使顶板成为组合梁的作用。锚索锚深6.3m，锚索纲绞线直径17.8mm，锚索未锚固在厚度较厚、较坚硬的岩层中，或稳定情况较好的岩层之中（由于顶煤厚度不均，从开采情况看厚度在1-4m左右），锚索长度和直径设计承载力较小，锚索纲绞线有拉断现象，再加之顶板破碎，锚索失效，锚索未起到悬吊的作用。由于以上原因，没有从根本上起到锚杆+锚索联合支护的效果。
2.2 保护煤柱问题
众所周知，巷道开挖前的煤层为三向应力状态，开挖后巷道围岩应力重新分布，围岩经弹、塑性变形、破坏，围岩应力调整达到新的平衡状态。处于采空区侧的保护煤柱长期承受着两顺槽掘进支撑压力的作用，随着相邻回采工作面的推进，保护煤柱又要承受相临工作面回采采动压的影响。巷道所承受的支撑压力的形态与两工作面之间保护煤柱的宽度有着密切的关系。当保护煤柱宽度使下一个工作面的顺槽处于支承压力增长区时，煤柱两侧支撑压力叠加，使煤柱发生流变，煤柱中央载荷急剧增大，相临巷道顶板压力显现，顶板下沉量增加，下沉速度变快，巷道片帮严重；当煤柱宽度合适时，煤柱两侧支撑压力不叠加，煤柱中央处于支承压力减小区，有利于巷道支护。如果两工作面之间保护煤柱的宽度过于大，虽然相临巷道顶板压力不明显，巷道支护容易，矿压显现不明显，但造成煤炭资源浪费。因此选择合理的煤柱宽度，既有利于巷道的支护，又有利于提高煤炭资源的回收。
105工作面与104工作面为走向长壁布置，工作面之间留设30米的煤柱。105工作面两顺槽采用的支护形式相同，但105回风顺槽与104采空区之间相临，105回风顺槽顶板发生明显的破坏而进风顺槽几乎没有破坏，说明目前保护煤柱留设的大小并不合理，需尽快进行保护煤柱应力分布的研究，重新确定合理的煤柱尺寸。
2.3 工作面的管理问题
105工作面回顺顶板发生破坏之前已回采三个月，推进约500米，这说明前期工作面管理比较好，支架工况正常，对顶板起到了比较好的支撑作用。后来随着工作面的推进遇到了回顺顶板破碎压力大，巷道片帮严重的现象，除了与顺槽的支护强度和煤柱的大小有关外，更主要的是工作面的管理存在很大漏洞。一是液压泵站的压力达不到设计要求。二是支架注液时间不够，导致工作面支架的支撑力不够，使回顺超前段得不到有效的支撑力。三是105回顺靠近104采空区，由于煤柱两侧支撑压力叠加，煤柱载荷增大，造成回顺超前段压力显现非常明显。随着工作面的推进，顶板周期来压比较明显，压力始终超前。造成回顺顶板弯曲下沉，片帮严重，安全出口不畅，给安全生产带来严重威胁。
3 今后需解决的问题
从以上分析可以看出，105工作面回风顺槽顶板发生破坏的原因，主要是巷道支护强度不够，采面间煤柱的留设不一定合理，再加上工作面管理不规范，要达到安全生产的目的，必须对支护参数进行研究，特别是既要能很好地起到支护效果又不能浪费严重，另外需对保护煤柱的应力分布进行研究，确定出合理的煤柱尺寸，最后是加强工作面的管理，使工作面的支架工况达到设计要求，从而确保安全生产。
论文作者:曹纪龙
论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿
论文发表时间:2016/3/24
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