新汶矿业集团翟镇煤矿 山东新泰 271219
1.大煤柱护巷设计存在的问题
1.1巷道破坏显现特征
工作面风巷采用35m大煤柱护巷，巷道掘进和维护过程中，破坏严重。具体表现：
（1）巷道顶板压力大，钢梁压弯。
（2）片帮严重，两帮移近量不断加大，局部锚索断裂。
（3）支柱压力大，支柱钻底。
（4）巷道顶板沿煤柱帮切断下沉现象普遍发生。
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图1 不同位置掘进巷道受力力学模型
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图2 采场四周支承压力分布
1.2巷道破坏的力学原理
采场推进后，原始重力应力场中的应力将重新分布。重新分布的应力场，按分布的应力大小差异分为“低应力区”（ ），包括由裂断运动岩层重力作用直接联系的“内应力场”和塑性破坏区应力小于原始应力的一部分。“高应力区”包括弹塑性区中应力超过原始应力的部分，以及未受采动影响的“原始应力区”等三个部分，其特征如图1、2所示。显然，在同一开采深度条件下，在采动应力场中，不同部位开掘的巷道，围岩应力的大小及可能发生的破坏程度将有重大差异。如果在稳定的内应力场中开掘的巷道（巷道1位置），围岩应力较低，在合理的支护条件下，巷道变形可以被有效控制。如果在高应力区开掘巷道（巷道2），巷道处于应力高峰，巷道掘进和维护过程中将出现不可避免的破坏。如果在原岩应力区掘进巷道（巷道3），不但浪费了大量的煤柱资源，当采深到达一定限度时巷道破坏也相当严重。
2.小煤柱掘进期间围岩控制技术研究
2.1 小煤柱开采设计
由监测结果可知，内应力场范围在约10~12m，据此，经和集体公司及羊场湾煤矿相关领导沟通交流，130205风巷煤柱留设宽度为6m，巷道宽度为5m，巷道煤柱一侧完全在内应力场范围内，实体煤一侧在内应力场边缘部位。从停采线约450m处，将05风巷煤柱宽度减小为6m，巷道布置如图3所示。
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图3m小煤柱设计示意图
2.2巷道破坏特征机理分析
（1）巷道局部破坏严重原因
残余构造应力影响，巷道周围断层主要有F20、F23，及五疙瘩背斜。巷道在该区域除了受到原始重力应力场外，还可能受到残余构造应力的影响，特别是水平构造应力的增大导致巷道顶板破坏严重，下沉网兜明显。
（2）非对称变形原因
巷道破坏的动力源是受到力的左右，均质对称的巷道在均匀的应力状态下变形量肯定是均匀的；相反当巷道受到非均布载荷的应力时肯定会很可能出现非对称变形。05风巷煤柱一侧完全处在内应力场范围之中，受力较小，因此变形量较小；而实体煤一侧处于内、外应力场交界处，此处煤体很可能处于较高应力区域，巷道一侧煤体在较高的应力作用下必然导致大的片帮产生。
2.3 数值模拟分析
2.3.1模型建立
根据试验地点岩层柱状图及实验室测定的煤岩物理力学参数结果，运用 FLAC 3D 对工作面沿空掘巷围岩变形特征进行数值模拟研究，模型长×宽×高=1000 m×2700 m×86 m，共产生了1350393个节点和1296000个单元,模型四周预留了150m的边界煤柱，如图4。模型顶部为自由边界，固定该模型底边界的垂直方向和左右边界的水平方向，模型的前后左右各预留了150m的边界煤柱。模型上部边界施加上覆岩层的重力作为等效应力，按平均深度650 m 、容重25 kN/m 3 计算，即 16.25 MPa。数值模拟采用 Mohr-Coulomb 屈服准则。
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图4 模型尺寸
2.3.2侧向支承压力分布规律
当工作面回采完后，煤层右下方出现了明显的应力集中，存在垂直应力峰值区，在 35 MPa 以上，原岩应力为 16.25 MPa ，垂直应力集中系数超过2.2 ；应力集中区对沿空掘巷存在直接影响，煤层中的垂直应力峰值区距离煤体边缘 40 m ，如图5。
煤层中垂直应力集中一直延续至距离煤体边缘 50 m 以外；在 40m 以内，垂直应力呈直线趋势增长，应力峰值约 35 MPa ，应力集中系数约 2.2 ；超出煤体边缘 40 m ，垂直应力变化较小，曲线趋于平缓，垂直应力值超过 25 MPa 。
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图5 侧向支承压力分布
3.结论
对沿空掘巷以后巷道围岩应力分布规律进行研究分析，在数值模拟计算完成以后，分别取巷道50 m 以内的围岩分析其垂直应力的分布规律。
（1）在距离采空区15m的范围内，应力值较小，根据数值模拟结果，该范围内应力峰值为12MPa左右。
（2）巷道两帮应力分布不对称，实体煤侧应力高于煤柱一侧应力。
（3）实体煤一侧在高应力边缘，可能会在比较大的应力作用下出现较大变形。
（4）煤柱及实体煤一侧区域处于塑性区，煤体呈现剪切破坏状态，说明巷道基本处于内应力场范围内。