沿空留巷顶板岩层控制设计张文辉

沿空留巷顶板岩层控制设计张文辉

张文辉樊超李建

内蒙古科技大学内蒙古包头014000

摘要：本文选取了岩空留巷顶板岩层控制的过程为研究对象，从其运动规律入手，并且在此基础上，对变形特征进行了一定的阐述。再者，笔者详细阐述了充填体与沿空留巷顶板运动时相互作用的原理，对沿空留巷顶板岩层控制设计进行了详细的解读，以期可以为沿空留巷技术的发展提供借鉴之处。

关键词：沿空留巷；顶板岩层；岩层控制

沿空留巷技术是目前回采巷道支护技术的关键所在，这一项技术有助于合理的开发煤炭资源，并且能够在很大程度上提升煤炭资源的回收率。降低了巷道的掘进量，矿井采掘接替的紧张情况也可以从根源上得到解决，巷道的维护情况也可以得到改善，这也有助于矿井开采效益的提升，而正是这些优点，也让沿空留巷技术得到了充分重视。而沿空留巷技术的关键就在于要适应沿空巷道的顶板运动规律并且能够有效的控制顶板岩层。

一、沿空留巷顶板岩层运动规律

回采工作面顶板岩层的运动规律于许多因素都有一定的联系，主要影响因素可以归结为沿空留巷的围岩变形、巷旁的支护体变形以及支护体载荷的变化。回采工作面后方的20米以内，巷道的围岩变形速度较大，巷道围岩和巷旁的支护体发生变形较为严重，这也就导致支护体的承受载荷大幅度增长，这都是周期来压引发的工作面后方老顶三角块结构失稳所造成的。要想让巷内的支架不被上覆岩层自重应力所影响，可通过老顶的大结构来实现。但采高和直接顶的厚度以及老顶下位的岩层都与老顶的大结构形态有着密不可分的联系。老顶的大结构形态是不会被巷内的支架以及巷旁的充填体所改变，巷旁的支护体能够有效的保护巷道。

因为工作面回采，支架前移，在自重和充填体产生的切顶力作用下留巷采空区侧的直接顶出现了沿着充填体边缘的一次破断，破断的直接顶表现为倒台阶的悬臂梁状态，这一阶段的顶板活动被叫做顶板前期活动期，它是留巷顶板因为直接顶的垮落和老顶的下沉而引起的，旋转变形是其主要变形形式。当采空区冒落矸石的刚度小于煤体的刚度，由直接顶慢慢转到巷旁煤体深部的老顶上覆岩层，并在煤体深部出现了应力的集中，当老顶岩块旋转时老顶的大结构将慢慢稳定下来，以至于让沿空巷道在一定范围内的应力小于原岩应力，这个阶段便被叫做顶板过渡活动期。随着变形量的加大，老顶的大结构上位岩层也会变形下沉，巷道顶板也会受其影响出现下沉，这一阶段被叫做顶板后期活动期。

二、沿空留巷巷旁充填体

2.1充填体支护强度

沿空留巷是一类特殊的回采巷道，它保留了原有的运输巷道是为了下一工作面的回风所用，这就意味着要受两次采动的影响。充填体也显得尤为重要。

巷旁充填体、充填体承载力、煤帮、巷道顶板以及底板岩石的承载力之间的相互协调运动成为了支护结构的重要组成部分之一。充填体在应力中分布的作用下被破坏，顶板的承载能力降低，这很有可能是因为巷旁的充填体的强度和刚度都很大。最后在采空区侧的顶板会因下沉过大而被破坏，导致整个留巷支护结构发生破坏，充填体沿内侧的巷道顶板出现下沉现象也可能是这个原因。导致留巷结构支护产生严重破坏，并且巷旁充填体将会把垂直方向上的地应力直接转到底板岩石上，那么底板将会发生巨大变形。总而言之，充填体只有在有一个合理的充填宽度和强度的情况下，充填体才能和留巷支护结构的其他组成部分相互协调。，当充填体的强度和刚度都在合理范围内时，充填体才能适应老顶体回转下沉，并且和煤帮之间相互协作，对覆盐城共同进行承载。此外，充填体为了起到保证顶板运动平衡的作用，必须具备充足的支护阻力，因为过渡期是留巷顶板活动最为激烈也是最为危险的一个阶段，充填体具备足够的支护阻力可以大大缩短过渡期活动阶段顶板的运动的时间，进而减少了留巷顶板的下沉量，为沿空留巷的成功提供基础保障。

2.2巷旁的充填体作用

充填体在顶板不同的活动阶段发挥着不同的作用，且作用往往与该阶段的活动方式相适应。顶板前期活动阶段的巷道变形以旋转变形为主，充填体所受到的作用力主要来自于直接顶的重量与悬臂直接顶的作用力这两个方面。在过渡期阶段，充填体需要具备足够的切顶阻力，才能避免沿空留巷顶板下沉现象的发生。此外，顶板后期活动阶段中，充填体所发挥的主要作用在于防止老顶大结构由于顶板活动而遭受破坏，在这一时期，充填体的工作阻力表现出波动性，并且这一波动会逐渐趋于稳定。通过上述分析，可以发现，在顶板轰动的三个阶段中，过渡期是留巷顶板活动最为激烈也是最为危险的一个阶段。因此，沿空留巷顶板岩层的控制设计应该以顶板活动过渡期阶段充填体所需要的的支护阻力为基础。

三、结语

根据沿空留巷顶板岩层运动的特征与现象，主要可以划分为以下三个不同的阶段：前期活动阶段、过渡期活动阶段以及后期活动阶段。三个阶段所表现出的主要特征也大有不同，分别如下：

前期活动阶段的巷道变形以旋转变形为主，过渡期活动阶段也是以旋转变形为主，但是变形速度很快，且变形量很大。而后期活动阶段则是以顶板平行下沉为主要变形方式。

老顶大结构的形态不能被巷旁的充填体所改变，并且巷道充填体必须保证直接顶的完整和老顶在很大程度上有着的紧密贴合，在顶板岩层过渡期活动阶段，下沉量并不会发生改变，由于顶板岩层后期所引发的平行下沉运动也不能被有效的限制，与此同时，后期活动阶段顶板下沉不会被支护阻力的大小所影响。

充填体在过渡期活动阶段主要起到支护阻力的作用，通过参与顶板的运动，使得顶板可以保持平衡，进而大大缩短了过渡期顶板发生激烈作用的时间，避免留巷顶板出现下沉量过重现象的出现。而在后期阶段，充填体在此过程中所发挥的作用在于维护顶板结构的稳定性，进而保证运输巷道的安全可靠。

参考文献：

[1]屈庆栋,许家林,钱鸣高.关键层运动对邻近层瓦斯涌出影响的研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(7):147821484.

[2]钱鸣高,缪协兴,许家林.岩层控制中的关键层理论研究[J].煤炭学报,1996,21(3):2252230.

[3]许家林,钱鸣高.岩层采动裂隙分布在绿色开采中的应用[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):1412149.

作者简介：张文辉，男，内蒙古乌兰察部人，本科