王紫阳
平顶山天安煤业股份有限公司十一矿 河南平顶山 467000
摘要：孤岛工作面因其四周均为采空区或其两侧所成平巷均为采空区，支承压力明显，开采难度大。孤岛工作面回采时，必须考虑地质条件和地质构造影响，采用主动超前支护等措施，保证回采的安全可靠。
关键词：孤岛工作面；采空区；超前支护；工作面
引言：
自二十世纪八十年代以来，我国就在孤岛工作面开采方面有了一定的理论和试验研究，并且在山东的部分煤矿进行回采试验，并取得了一定成功。早在二十世纪三十年代初期，我国在部分煤矿中已经发现孤岛工作面回采对于安全的影响，但由于当时材料和支护技术的落后，并不能满足实际生产的需要，只能以简单的被动支护来减缓回采孤岛工作面带来的支承压力过大的问题，但对于较为特殊的巷道，被动支护的效果极为不理想，并存在较大的支护技术难题。大多数现场孤岛工作面其两侧较大的支承压力极容易将煤岩体压碎，使后续的支护变得更加困难，无法使用较为成套的支护技术，只能借助于锚杆支护的方式来缓解支承压力；在孤岛工作面回采过程中发现：随着工作面开采活动的进行，支承压力发生着明显的变化，这些变化直接导致回采过程中回采巷道的极度不稳定，巷道围岩移近量是正常回采巷道的4～10倍之多。
1有限元模拟计算
1.1模型建立
以己16-17-22162孤岛工作面为研究对象，其北临己16-17-22142工作面、南临己16-17-22161工作面，均已回采完毕。现场在回采己16-17-22142和22161工作面的同时，在其两侧分别留设10m的边界保护煤柱，而在22162孤岛工作面机械运输平巷和轨道运输平巷两侧分别留设30m采空区边界保护煤柱，其中22142、22161工作面长均为210m。运用FLAC3D有限元模拟软件，模型尺寸为725m×60m×50m。为了保证模拟效果，本次模拟采取4步开挖，保证每步开挖为15m。
图122162工作面回采巷道垂直位移云图
1.2边界条件设置
为了保证模拟的真实性，分别限制模型的底侧和Y方向上的位移，并在模型上方施加9.15MPa的垂直应力，其两侧同时施加大小为2.5MPa的水平应力。
2.孤岛工作面回采巷道位移分析
模拟中对孤岛工作面回采巷道变形进行实时监测，取监测断面Y=40m，如图1所示，22162孤岛工作面机械运输平巷和轨道运输平巷受22142与22161工作面开采后的影响，其支撑压力过大而导致巷道内顶底板位移较大，给生产和安全造成一定的影响。
机械运输平巷和轨道运输平巷在残余支承压力作用下顶板位移下沉量明显加大，其巷道两侧所受支承压力的作用相比不是太明显，但对于巷道底板，轨道运输平巷底和机械运输平巷均发生不同程度的底鼓现象，只是轨道运输平巷由于采空区的原因影响较大，时发现：此时的巷道顶底板最大移近量达0.3m。为了深入研究孤岛工作面回采过程中支承压力对顶板的影响作用，根据对距离顶板15m范围内的围岩垂直位移数据分析，得出垂直位移曲线。线如图2所示。
图222162工作面回采巷道顶板15m范围内垂直位移曲线
由图2可以得出：随着回采活动的进行，回采巷道顶板距离较远的岩层已经发生了明显的位移，并且在距离回采巷道顶板11m处的岩层离层程度已经趋于平缓，并且发现轨道运输平巷的离层程度较机械运输平巷大，但离层趋势相一致。
22162工作面回采巷道在回采过程中，机械运输平巷和轨道运输平巷在采空区
残余应力的作用下，使其巷道两帮发生较为严重的变形，并呈现出一定的收缩趋势；可以发现，机械运输平巷和轨道运输平巷在靠近采空区的一侧均发生了较为严重的水平位移，并且其变形程度在一定程度上受回采活动的影响，这无疑对于指导生产有较大的意义。
（a）机械运输平巷
（b）轨道运输平巷
在孤岛工作面回采过程中，随着回采活动的进行，机械运输平巷顶底板移近量逐渐增加，并且底鼓现象明显较顶板下沉量大，严重影响机械运输平巷的运行，并且靠近采空区一侧的底角所受影响程度逐渐增大，表现出较为明显的不对称性，其中在开挖15m到60m的过程中，巷道顶底板移动下沉量从最初的0.23m逐渐增加至0.32m，这无疑给正常生产造成了极大的困难。在回采巷道逐步开挖过程中，随着回采深度的进行，机械运输平巷两帮所受残余支承压力的作用也明显提升，并且表现出较大的不对称性，巷道靠近采空区的一侧表现出明显的变形位移，其另一侧虽有一定程度的变形，但对于正常生产没有起较大的影响作用，在开挖15m到60m的过程中，机械运输平巷两帮移近量从最初的0.35m到最后的0.57m，这对于巷道的维护造成了诸多不利，严重影响正常的生产需求。
在模拟分析中发现，孤岛工作面的回采不仅造成回采巷道顶底板和两帮的变形位移，而且造成了回采巷道的不对称变形，这对于回采巷道的支护和维修造成了较大的困难，同时发现，如果对回采巷道采用底角加成锚固和组合梁支护结合的方法，可以在一定程度上减缓残余支撑压力的影响，保证孤岛工作面的回采安全。
3结论：
对于孤岛工作面的回采，不仅要考虑回采巷道顶底板移近量的不对称性，而且要注意回采巷道两帮的位移量，对于防止两帮移动，应通过采取底角加长锚固和开卸压槽的方式来减缓两帮位移的移近量，以保证巷道内设备布置的可靠性；而对于受残余支承应力影响而发生严重底鼓的现象，应该采用底板锚固或者松动爆破等方法，使底板中的应力向深处围岩转移，对于顶板采用加长锚固和组合梁的方式，保证顶板稳定性。
参考文献：
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论文作者:王紫阳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/4
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