蒋永杰；王帅锋
陕西建新煤化有限责任公司 中国矿业大学矿业工程学院
摘要：矿压治理一直以来都是巷道掘进以及回采过程中的难点和重点，尤其是近些年大采高、综放开采的方法的广泛应用使得无论是工作面还是巷道的矿压显现尤为剧烈，严重影响了工作面的正常回采。通过理论推导确定直接顶和老顶的破断步距，并且通过工业性实验验证支护参数的合理性。
关键词：矿压；覆岩力学；表面位移；深部位移；锚杆受力。
1.引言
矿压治理一直以来都是巷道掘进以及回采过程中的难点和重点，尤其是近些年大采高、综放开采的方法的广泛应用使得无论是工作面还是巷道的矿压显现尤为剧烈，严重影响了工作面的正常回采。为此，我国很多学者都开展了针对性的研究。吕可针对近距离煤层开采引起巷道的影响，通过理论分析、数值模拟研究，判断出其上覆岩层的运动方式，确定了相应的卸压方案以及支护参数的调整方法[1]；徐刚针对综放开采坚硬顶板的大面积来压导致压架的事故现象，提出首先提高液压支架的初撑力其次保证工作面合理的推进速度最后建立成套的技术措施[2]。
2.地质概况
4201工作面位于42盘区东南部，工作面呈西南—东北方向布置，其北为矿井十四联巷，南界为4-2煤层可采边界，东界为41盘区一翼（未开采），西界为矿井43盘区（未开采）。工作面相对地面，山峦起伏，植被发育，森林茂密，4201工作面中部相对地面无河流、支流流经。
3.4201工作面覆岩力学分析
3.1直接顶垮落
接顶初次垮落前，其变形一般相对上覆老顶变形大，容易出现直接顶与老顶间的离层。
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根据直接顶垮落前离层与变形情况以及垮落后的变化特征，建立相应的力学模型，并计算得到顶板垮落带高度为17.5m（22m）。基于老顶梁式破断及极限跨距和板式破断及极限跨距理论分别推演了顶板垮落、破断情况，并计算了工作面老顶初次断裂步距为20m左右，周期来压步距为9m左右。
4 工业性实验及矿压监测与分析
4.1表面位移分析
将监测所得的4201运输顺槽表面位移数据汇总，分析得到4201运输顺槽掘进期间两帮及顶板和底板底板移近曲线分别如图3。
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图3 顶底板以及两帮移近量曲线
从图3所示，通过对4201运输顺槽掘进期间长达69天的4201表面的巷道变形量监测可知。顶板以及底板的变量的最大值达到了64mm，两帮的变形量的最大值达到了48mm，与原方案相比，顶板的变形量下降到了50mm，两帮的变形量下降到了40mm。在4201掘进巷道70天的范围内，巷道的表面的位移量不断变大，但是后期波动很小，锚杆起到了很好的支护效果。在4201运顺顺槽掘进的前9天内，两帮以及顶底板的变形速度迅速增大，但随着巷道围岩的应力调整以及应力的重新分布，在21天之后，巷道围岩的变形速度由最开始9mm/d、7mm/d下降到了2.5mm/d、2mm/d,在此后的观测时间里，围岩的变形速度几乎保持稳定状态，波动范围很小。
4.2 锚杆受力分析
4201运输巷道顺槽在掘进期间的过程中，随着掘进头距离测点的距离，锚杆的应力变化曲线如图4。
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图4 锚杆受力变化值
由图4可以看出，在4201运输顺槽掘进的过程中，在掘进迎头距离监测的测点20米左右，也就是观测的10天左右，锚杆受力的增加值比较大；在距离运顺顺槽的测点距离20~30m左右，锚杆受力发生了相应的增大，增大速度保持一定的稳定值，超过30m之后。锚杆变化相对稳定了下来，受力的情况相对稳定了下来。顶板上边的锚杆相比较与两帮上的锚杆变化还是比较明显的，但是对于锚杆自身而言，变化还是不那么明显的，符合设计的要求，顶板上边的锚杆变化最大值达到了1.36N，两帮的锚杆最大的变化的分别达到了0.97kN、0.68kN。
4.3 巷道围岩深部位移
4201运输顺槽掘进期间的深部及浅部位移计读数变化曲线如图5。
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图5 顶板各深基点位置位移量
从图5中可知，4201运输顺槽在掘进的过程中，在巷道刚开始挖掘的时候，顶板深部的各个基点变形量很大，顶板的变形速度也很快，深部各个基点的变形量和巷道掘进的时间基本上呈现一个正的相关，6.5m处的基点最大值达到了22.6mm；5.5m处的基点最大值达到了15.6mm；4.5m处的基点最大值达到了12.1mm；3.5m处的基点最大值达到了7.7mm。在20天之后，深部各个基点的变形基本保持在一定相对稳定的定值，顶板的围岩变形量基本上也不发生比较明显的变化，说明现有的支护方法起到了对围岩控制的作用。
参考文献
[1] 吕可. 海石湾矿近距离煤层开采沿空巷道矿压形成机理及控制方法 [D]; 北京科技大学, 2020.
[2] 徐刚. 综放工作面切顶压架机理及应用研究 [D]; 煤炭科学研究总院, 2019.