Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．５３１　Ｊｕｌｙ．２０１３　现代矿业　Ｍ０ＲＤＥＮ　ＭＩＮＩＮＧ　总第５３１期　２０１３年７月第７期　

急倾斜煤层回采巷道矿压显现规律研究　

徐健　覃世福　李小亮　卫　（１．外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院）；　２．煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心）　

摘　要基于四川某煤矿急倾斜煤层综采工作面回采巷道条件，结合巷道内支柱支护阻力以　及巷道变形量的观测结果，分析了急倾斜煤层回采巷道的变形特征。得出以下结论：回风平巷围岩　变形量比运输平巷围岩变形量大；围岩变形量随距工作面距离的减小而增加。　

关键词　急倾斜煤层　综采工作面　巷道变形　围岩变形量　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｍｉｎｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　Ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｓｔｅｅｐ　Ｃｏａｌ　Ｓｅａｍ　Ｘｕ　Ｊｉａｎ　，　Ｑｉｎ　Ｓｈｉｆｕ　，　Ｌｉ　Ｘｉａｏｌｉａｎｇ　，　（１．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｅｘｏｇｅｎｉｃ　Ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ；　２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｓａｆｅ　Ｍｉｎｉｎｇ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　ｓｔｅｅｐ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ　ｆｕｌｌｙ—ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｆａｃｅ　ｉｎ　ａ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｉｎ　Ｓｉｃｈｕａｎ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｉｌｌａｒｓ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｎ　ｔｕｎｎｅｌ　

ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｓｔｅｅｐ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｔｕｒｎ　ａｉｒｆｌｏｗ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ｌａｒｇｅｒ　ｔｈａｎ　

ｈａｕｌａｇｅ　ｄｒｉｆｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆａｃｅ　

ｄｅｃｒｅａｓｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｓｔｅｅｐ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ，Ｆｕｌｌｙ—ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｆａｃｅ，Ｔｕｎｎｅｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　

急倾斜煤层是指倾角大于４５。的煤层。急倾斜　煤层总储量和历年产量虽然在我国仅占５％左右，　

但南方地区８０％的矿区赋存有急倾斜煤层，矿井数　量众多。据不完全统计，全国重点矿区有２０多处　

１００多个矿井为急倾斜煤层的开采，急倾斜煤层的　矿井数约占全国重点矿井数的１／６。急倾斜煤层矿　

山压力研究已经取得了许多成果，但是仍然有许多　问题需要进一步探讨　。　由于急倾斜煤层的形成过程经历了较大的地质　运动，巷道围岩经常会遇到不稳定的地质构造带，因　

此，许多矿区难以控制大倾角回采巷道围岩的变形，　

急倾斜煤层由于其煤层倾角大，赋存不稳定，一直是　采矿技术中的难题＿４　。本文对四川某煤矿３２１１工　

作面回采巷道变形进行观测分析，得出了急斜煤层　

徐健（１９８５一），男，硕士，助理工程师，４０００４２重庆市渝中区　长江二路１７７９号。　开采巷道的变形规律。　

１　回采巷道变形观测　该煤矿３２１１工作面位于打锣湾背斜西翼５６９　采区之下，为一单斜构造，区内构造主要受打锣湾背　

斜控制，从机风巷揭露情况分析工作面内不存在次　级褶曲。回采巷道矿压显现规律主要包括　：超前　支承压力，回采巷道围岩变形量。观测站布置在　

３２１１工作面的两个平巷中（测站布置如图１所示），　每个测站在围岩表面布置３个相对位移观测剖面。　

围岩变形量测点采用“十”字布置。采用ＺＤＹ．ＩＩ　Ａ　

型单体支柱压力记录仪进行连续监测，ＺＤＹＪ．１１型　红外数据采集仪采集支柱阻力数据，位移测杆间断　

观测围岩移近量。运输平巷和回风平巷围岩变形量　测点布置见图２。　

２　回采巷道超前支承压力分析　回采巷道的超前支承压力一共观测了３２　ｄ，其　

间由于矿井生产需要，工作面停产检修９　ｄ，回采巷　

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图１　回采巷道矿压观测站布置　

（ａ）运输平巷　

（ｂ）回风平巷　图２围岩变形量观测点　道超前支承压力观测结果见图３。　

图３风巷测点随工作面推进超前支承压力曲线　由图３可知，当风巷测点的超前支承压力距工　作面８５．４～６２．１　ｍ，随距离工作面减小而缓慢增　

加，通过数据拟合得到在该范围内超前支承压力的　

变化趋势，线性回归方程：　

Ｙ＝一０．０７ｘ＋２Ｏ．１９．　（１）　当风巷测点的超前支承压力在距工作面６２．１　

～１７．１　ｍ时，随距离工作面减小而快速增加，通过　

数据拟合得到在该范围内超前支承压力的变化趋　

势，线性回归方程：　Ｙ＝一０．５２ｘ＋４６．７６．　（２）　

３８　当风巷测点的超前支承压力达到峰值后会随距　离工作面减小而迅速增小，通过数据拟合得到在　

１７．１～０　Ｉｌｌ超前支承压力的变化趋势，线性回归方　

程：　Ｙ＝１．６７ｘ＋１１．０２，　（３）　式中，Ｙ为超前支承压力，ＭＰａ；　为风巷测点距工作　面距离，ｍ。　

通过式（１）一式（３）３个线性回归方程可以看　出，支承压力在各个阶段变化速率不一样：第１个阶　

段随着测点距工作面距离的靠近超前支承压力以　

０．０７速率缓慢增加；第２个阶段随着测点距工作面　距离的靠近超前支承压力以０．５２速率快速增加；第　３个阶段随着测点距工作面距离的减小超前支承压　

力以１．６７速率急剧下降。　由于该工作面底板为炭质泥岩，属于软弱底板，　

当支撑压力增大后，会导致单体液压支柱插底，从而　释放了一部分支承压力。因此，回采巷道所观测的　

超前支承压力与实际的超前支承压力存在一定误　差。根据上述观测的结果可以将超前支承压力分为　５个区域或３个显现带，其中，５个区域分别为：Ａ区　

为减压区、日区为增压区、Ｃ区为稳压区、Ｄ区为极　

限平衡区、Ｅ区为弹性区。３个显现带分别为：Ｉ显　现带为卸载带、Ⅱ显现带为支承压力带、Ⅲ显现带为　原岩应力带，如图４所示。　

日　宝　岛　

世　Ｄ｝　Ａ　Ｉ　．．　Ⅱ　Ⅲ　距工作面距离／ｍ　图４　机巷、风巷测点随工作面推进超前支承压力显现带　３　回采巷道变形量分析　

３．１　回采巷道变形量观测　

本次回采巷道围岩的变形量观测主要包括回采　

巷道顶底板位移变形量，两帮位移变形量。３２１　１综　

采工作面回采巷道围岩的变形量共进行了４６　ｄ观　测，结果见图５。　

３．２回采巷道变形量分析　

利用数值分析　方法对各个观测点所实测的　

数据进行分析。设函数ｆ（　）为一组数据（　，　）（ｉ　

＝０，１，２…几），数据　是通过试验、测量得到。采用　

多项式函数作数据拟合，记：　柏　如　加　ｍ　５　ｏ　

要　嗵　似韫辋　徐健覃世福等：急倾斜煤层回采巷道矿压显现规律研究　２０１３年７月第７期　

３ＯＯ　２５０　、耋２００　１５０　蓑１００　

５０　Ｏ　０　ｌＵ　２Ｕ　３０　４０　５Ｕ　６０，０　８０　９０　１０Ｕ　风巷测点距工作面距离／ｍ　图５机巷、风巷距随工作面距离变形量　◆一机巷顶底板变形量；・一风巷顶底板变形量；　▲一风巷两帮变形量；・一机巷两帮变形量　

ｍ＝ｓｐａｎ｛１，　，　…　ｍ｝　，ｍ＜ｎ．　为不超过ｍ次的多项式集合，此时　

ｎ　．　．　（　，　，）＝　，ｋ，Ｊ＝０，１，２…ｍ，　

ｎ　（　，　）＝　，ｋ，Ｊ＝０，１，２…ｍ．　

正规方程为：　

ｎ＋１　

ｎ　

黎　

；　

ｎ　∑　．　＝０　

∑　？　＝０　

“　∑　？　＝０　

∑　“　＝０　

∑　２　＝０　？ｏＺＸ　

式中，ｎ＋１为节点个数；　为节点之和；　ｍ为节　

点ｍ次方之和；ａ。，ａ　…ａ　为拟合方程系数。　

３．３机巷随工作面推进的变形量分析　３．３．１顶底板变形分析　机巷测点顶底板相对移近量随工作面距离减小　

而呈现出非线性的增加，对现场观测数据拟合，得到　距离与相对移近量之间的关系：　

Ｙ＝０．０１６　９ｘ　一２．６４２　４ｘ＋１０３．８８．　（４）　对式（４）２次求导，可以得到ｆ（　）”＝０．０３３　８，　）”即为该式加速度。通过该方程可计算出回采　

巷道顶底板在距工作面不同距离的相对移近量，观　测期间运输平巷顶底板最大移近量为１２０．３　ｍｍ。　

３．３．２两帮变形分析　机巷测点两帮相对移近量随工作面距离减小而　

呈非线性增加，对现场观测数据进行数据拟合得到　

二者之间的关系：　

Ｙ＝０．０２３　５ｘ　一３．７７１　７ｘ＋１５２．４３．　（５）　对式（５）２次求导，可以得到ｆ（　）”＝０．０４７　０，　）　即为该式加速度。通过该式得到该巷道两帮　

在距工作面不同距离的相对移近量，在观测期间运　输平巷两帮最大移近量为１６８．４　ｍｍ。　

３．４风巷随工作面推进的变形量分析　３．４．１顶底板变形分析　风巷测点顶底板相对移近量随工作面距离减小　而呈现非线性的增加，现场观测数据拟合得到距离　

与相对移近量之间的关系：　Ｙ＝０．０３０　８ｘ　一４．２２４　５ｘ＋１４４．５６．　（６）　对式（６）２次求导，可以得到ｆ（　）　＝０．０６１　６，　

．厂（　）”即为该式加速度。通过该式计算得到回风巷　

顶底板在距工作面不同距离的相对移近量，在观测　期间回风平巷顶底板最大移近量为１７０．１ｍｍ。　

３．４．２两帮变形分析　风巷测点两帮相对移近量随工作面距离减小而　

加速增加。数据拟合方程：　Ｙ＝０．０３６　５ｘ　一５．２７７　５ｘ＋１９４．２１．　（７）　对式（７）２次求导，可得　）”＝０．０７３　０，　）　即为该式加速度。通过该方程得到该巷道在距工作　

面不同距离的相对移近量。其中，在观测期间回风　平巷两帮最大移近量为２１７．０　ｍｍ。　

根据运输平巷和回风平巷顶底板移近量对比分　

析可知：回风平巷顶底板移近量比运输平巷大，并且　

加速度是运输平巷顶底板移近量的２倍，围岩变形　

量随距工作面距离减小而增加，其主要原因是由于　

回风平巷受采动影响，上侧为已采工作面，该工作面　

采空区会提供侧支承压力，导致回风巷顶板的移近　

量增大，同时也说明了回风巷道的矿压显现比较强　

烈。　

４结论　围岩受到采动影响越大，围岩的变形量就越大。　

工作面邻近顶板岩层主要是泥岩，在工作面后方易　

于垮落，加之煤层倾角大，垮落矸石易于沿煤层底板　

下滑，造成工作面顶板压力上大下小。现场观测期　

间，也分别在机巷和风巷尾部考察了采空区后方垮　落矸石的充填程度，因为岩层倾角大于垮落矸石的　

自然安息角，当老顶来压时，采空区中、上部垮落的　

矸石在自重作用下沿底板向下滑移，导致工作面下　

端采空区充填比较密实，从而对该部分采空区顶板　

起到了支撑作用。另外，回风平巷上侧是已采工作　

面，该工作面采空区的侧支承压力与试验工作面产　

生的支承压力叠加，导致回风平巷围岩变形量较大。　

说明回风平巷的矿压显现比较强烈，但该工作面回　

采巷道现有的支护方式能够满足回采巷道的支护强　

度要求。（下转第５５页）　

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