（中北煤化工有限公司生产技术部内蒙古自治区鄂尔多斯市017000）
引言
近年沿空掘巷在国内煤矿广泛应用，其中巷道应力、变形分布与围岩应力、围岩力学性质、围岩结构与工作面的空间和时间关系等因素密切相关。为了分析与研究沿空掘巷矿压显现规律，为我矿12402工作面沿空掘巷提供有力技术基础与宝贵的经验保障，结合蒙西矿区特殊地质构造，将12404工作面回风顺槽作为中北煤化工有限公司第一条沿空掘巷试验巷道，对围岩应力，矿压显现规律进行可行性分析与研究。
现针对色连二号煤矿12404工作面沿空掘巷在掘进期间进行一系列矿压观测，通过观测分析判断巷道动压影响、围岩变形规律，提出合理的支护技术，并进行井下实验，评价支护效果，并提出合理的留巷支护原则与建议。
1概况
1.1地质概况
色连二号煤矿东部煤层分叉为4-1煤和4-1上煤，分叉后4-1煤厚度1.98-2.25m，平均2.09m，4-1上煤厚度1.78-2.05m，平均1.94m；中、西部4-1煤和4-1上煤合并，合并后4-1煤厚3.60-3.95m。本工作面4-1煤层在分叉区多不含夹矸，在合并区多含1层0.25-0.80m砂质泥岩夹矸，直接顶板为砂质泥岩，厚度1.44-12.10m，有时为细砂岩。4-1黑色，褐黑色，光泽暗淡，以暗煤为主，含丝炭,夹镜煤线理，为半暗型煤。
顶底板岩性：该面直接顶为砂质泥岩及4-1上煤层，灰色，裂隙发育，含植物化石，平均厚6.81m；老顶为细砂岩，灰白色，石英、长石为主，泥质胶结，平均厚9.2m；直接底为砂质泥岩，灰色，裂隙发育，含植物化石，平均厚3.5m（图1）。
地质构造情况：12404工作面4-1煤层为近水平煤层，地质条件较为简单。煤(岩)层产状:倾向240～263°，倾角0～2°,平均1°。工作面内及附近预计发育4条正断层，落差1.2-2.2m，对施工有一定影响。
水文地质情况：该工作面水文地质条件中等复杂，主要充水因素为侏罗系中下统煤系地层煤层顶、底板砂岩水、钻孔水及断层水。B34钻孔在回风顺槽外侧18.1m处，有可能导水；Fkt-5、Fkt-1、Fkt-24及另一头未命名断层均有出水可能；上部侏罗系中统、白垩系及第四系含水层为间接充水含水层。
12404工作面涌水量最小44.31m³/h，最大158.37m³/h，平均119.18m³/h。预计巷道施工时，正常涌水量3-10m³/h，最大涌水量30m³/h。
1.2掘进期间支护参数
12404工作面回风顺槽主要采用顶板锚索布置在顶板钢带孔中替代相应位置锚杆(锚索3-0布置)，留设煤柱宽度12m。
1）顶板采用δ5×178×4800mm的W型钢带，5500×1000mm的10#镀锌铁丝制作的菱形金属网和7根锚杆（索）支护。锚杆间排距880×900mm，每根锚杆采用1卷K2360和1卷Z2360树脂锚固剂，锚杆锚固力不低于120KN，锚杆初始安装预紧力矩不低于120Nm，二次预紧力矩不低于200N.m。
2）顶板锚索安装在W钢带上替代相应位置锚杆，每根W钢带上安装7根锚杆（索），顶板锚索按“3-0-3-0”布置，与此相对应的顶板锚杆按“4-7-4-7”布置（如图所示），顶板锚杆规格：Φ20×2500mm，顶板锚索规格：Φ21.6×8300mm，锚索每孔3卷Z2360锚固剂和1卷K2360锚固剂，锚索锚固力不低于140KN；为了提高Φ21.6mm锚索内锚端锚固剂的密实度，要求所有Φ21.6mm规格锚索均应在距锚索内锚端头1400mm位置设置橡胶挡环，在距锚索端头0.5m位置串扎丝并进行捆扎，以防止搅拌时导致药卷下滑，对于施工锚索要求必须进行二次保护。
3）巷帮采用Φ14×3000×80mm的钢筋梯子梁，3300×1000mm的10#镀锌铁丝制成的菱形金属网和5根Φ18×2000mm锚杆支护。若巷帮采用2根梯子梁，2根梯子梁采用搭接布置，巷帮5根锚杆均穿过梯子梁锚入巷帮；巷帮锚杆间排距700×900mm，每根锚杆采用1卷Z2380树脂锚固剂，巷帮锚杆锚固力不低于100KN，锚杆初始预紧力矩不低于120Nm，二次预紧力矩不低于200N.m，帮部顶底锚杆按上下150扎角布置。
图112404工作面回风顺槽支护参数
在掘进期间，12404工作面回风顺槽沿空掘巷顶底板移近量变化值一般为10～430mm，两帮移近量变化值一般为100～200mm，深部岩层出现离层现象且离层量最大达到45mm，顶板浅部岩层离层量最大达到19mm，顶板锚索载荷增加值一般为10～120KN，顶板锚杆载荷增加值一般为10～60KN，巷帮锚杆载荷增加值一般为5～60KN，说明沿空掘巷顺槽矿压显现程度比正常实体顺槽矿压显现程度明显。
图2巷道围岩表面位移观测示意图
2矿压观测方法与分析
2.1观测站布置及观测方法
为了监测12404工作面回风顺槽沿空掘巷掘进期间矿压显现规律，巷道应力显现规律及巷道的支护效果，观测内容围绕巷道锚杆（索）载荷、顶板围岩的破坏状况、巷道顶底板及两帮位移量开展，监测的核心是12404工作面回风顺槽不同测点的锚杆（索）载荷和巷道顶底板及两帮位移量。
2.1.1巷道围岩表面位移观测站布置及观测方法
巷道围岩表面位移采用“十字”布点法设置，顶板测点布置在顶板中部锚杆头上，底板铅垂布置在底板设置的铁钉上；两帮测点分别布置在两帮中部锚杆头上。
观测时顶底板移近量采用钢卷尺或塔尺测量巷道顶部中部锚杆头到底板铁钉距离；两帮移近量采用钢卷尺或塔尺测量巷道两帮中部锚杆头之间距离（图2）。
为了掌握12404工作面回风顺槽沿空掘巷在掘进期间应力的变化规律，从12404工作面回风顺槽第一个调车硐室（拨门口向前194米）位置开始，每隔50米布置一组巷道表面位移观测站和矿压观测站，共计33组。具体各测站测点布置如图3所示。
2.2矿压观测结果分析
2.2.1围岩表面位移观测结果分析
为了掌握12404工作面回风顺槽受12403工作面采空区影响程度及巷道的变形规律，从12404工作面回风顺槽拨门口向里192m位置开始，在回风顺槽内共布置了33个巷道围岩表面位移观测站。图2-3～图2-4分别为5#、7#测点顶底板和两帮围岩变形随工作面掘进时间变化曲线。
由图3可以看出，在工作面掘进至5#测点时巷道围岩呈现缓慢变形然后加快变形再又保持稳定不变，随后再次陡然增加最后一直稳定不变趋势，当工作面掘进至2017年12月1日时巷道围岩变形显著增加，当工作面掘进至2018年1月14日时巷道围岩变形再次显著增加，当工作面掘进至2018年2月1日时巷道围岩变形减缓，最终巷道围岩变形达到稳定状态，在整个观测过程中巷道顶底板和两帮移近量分别为255mm和50mm。
由图4可以看出，在工作面掘进至7#测点时巷道围岩整体呈现缓慢变形然后加快变形然后又保持稳定不变，随后又陡然增加最后一直稳定不变趋势，当工作面掘进至2017年12月11日时巷道围岩变形显著增加，当工作面掘进至2018年2月5日时巷道围岩变形再次显著增加，当工作面掘进至2018年2月25日时巷道围岩变形减缓，最终巷道围岩变形达到稳定状态，在整个观测过程中巷道顶底板和两帮移近量分别为430mm和190mm。
图47#观测点顶底板和两帮巷道变形随工作面掘进时间变化曲线
由上述观测结果可以看出，在应力影响条件下，巷道围岩变形具有如下特点：
1）12404工作面回风顺槽巷道围岩顶底变形量最大为430mm，两边变形量最大为190mm，而对于沿空留巷而言，巷道顶底板以及两帮变形量远远大于以上数据，说明在沿空掘巷按照上述支护不仅可以有效的满足支护强度，同时还能够减少大量的巷修费用和材料费用。
2）12404工作面回风顺槽沿空掘巷围岩变形受12403工作面采空区影响主要为滞后影响，其中围岩变形剧烈影响区为掘进向前施工15m～290m区段，之后巷道围岩变形减缓，当掘进工作面向前施工500m后巷道围岩变形就基本趋于相对稳定状态。
2.2.2顶板离层观测结果分析
图57#观测点顶板离层变化随工作面掘进时间变化曲线
在12404工作面回风顺槽拨门口向前194m位置开始共计设置了33个矿压观测点，其中浅部离层变化主要在2mm-19mm范围内，深部离层变化主要在4mm-45mm，其中变化最大的为7#观测点，其他测点变化较小，当发现7#观测点离层后，对该区域进行了加强支护，即在巷道顶板施工三排槽钢组合梁锚索，（锚索规格为Φ21.6×8300mm）进行加固支护（如图5）。
由上述观测结果可以看出，在应力影响条件下，巷道离层变化具有如下特点：
1）12404工作面回风顺槽巷道浅部离层变化最大为19mm，深部离层变化最大为45mm，巷道离层变化趋势大致是稳定后陡然上升，最后巷道顶板离层基本又趋于稳定，说明沿空掘巷在顶板离层期间巷道离层变化量较大，应力集中显现，需要对该区域进行加强支护。
2）12404工作面回风顺槽沿空掘巷在以上支护强度下巷道深部离层变化量为4-45mm，浅部离层变化量为2-19mm，局部地方偏大，浅部变形量主要都集中在10mm以内，深部主要集中在20mm-30mm，变化量相对不明显，从巷道离层情况来看该巷道安全系数相对较高。
2.2.3锚杆（索）受力观测结果分析
为了掌握沿空掘巷在掘进期间锚杆、锚索的受力状况，在12404工作面回风顺槽拨门口向前194m位置开始共计设置了33个矿压观测点，每组对顶部锚杆索以及帮部锚杆各安装一个测力计，对其进行压力检测，现分别取5#、7#、16#（全断面测点）锚索测力计观测结果进行分析（见图6～图8）。
图77#测点锚杆（索）受力随时间变化曲线
由12404工作面回风顺槽锚杆（索）受力变化曲线可以看出，掘进期间在12403工作面采空区影响条件下，沿空掘巷锚杆（索）受力具有如下特点：
1）12404工作面回风顺槽锚杆（索）应力变化趋势基本是先陡然变大然后逐渐趋于稳定，说明该巷道支护强度相对能够满足沿空掘巷支护强度，而且锚杆（索）应力变化是同时发生，但却先后趋于稳定，说明在不同位置所承受的支撑压力是不相同的，所以要在压力变化较大、移净量变化大以及离层变化较大处进行加强支护。当工作面向前掘进大约30m时，锚索载荷增幅较快，当工作面向前掘进大约在测点260～300m后，锚索载荷增幅减缓,同时应力趋于稳定。
图816#测点锚杆（索）受力随时间变化曲线
2）在掘进期间，12404工作面回风顺槽沿空掘巷采取了上述支护参数并且在压力变化较大、移净量变化大以及离层变化较大处进行加强支护，导致巷道在施工期间顶板压力显现不明显，且锚杆（索）压力相对变化较小、顶板离层不明显综上说明采取了以上支护参且配合在局部应力集中显现较大区域采用Φ21.6×8300mm锚索配合槽钢梁对顶板进行了加固是合理的，并且是有效的。
3结论及经济效益评价
12404工作面回风顺槽沿空掘巷通过采用以上支护参数且配合在巷道应力集中显现较大区域处采用Φ21.6×8300mm锚索配合槽钢梁对顶板进行了加固措施，且12404工作面回风顺槽巷道围岩顶底变形量最大为430mm，两边变形量最大为190mm，说明沿空掘巷相对于沿空留巷，巷道围岩变化量较小、巷道锚杆（索）受力普遍较小，巷道安全系数较高，而且也为我矿接下来的12402工作面两条顺槽沿空掘巷提供了有力技术基础与宝贵的经验保障。不仅如此，该技术方案还较12309工作面辅运顺槽沿空留巷节省了补打的锚杆约500根，锚索300组，该方案还要求巷道进入采空区后不施工地坪，这也大大降低了后期巷道维护及卧底人工费用等。共计降低经济成本200万元，实现了安全、技术、经济一体化。