[摘 要]现今多数矿井采用沿空掘巷技术以提高突出煤巷掘进速度和降低施工成本，而沿空掘巷卸压区域宽度的合理确定则关系着巷道掘进的安全性。本文首先对新安煤矿应力分布资料进行收集与分析，初步统计出其应力基本分布特征；然后对14210工作面沿采空区边缘煤层钻屑量進行现场测定，其次通过数值拟合计算与数理统计的方法，得出了试验工作面应力集中区约在距采空区20m～23.2m的初步结论，再通过现场掘进期间的跟踪测试，最终确定14210工作面上巷沿空掘巷卸压区合理宽度为20m。
[关键词]沿空掘巷 卸压区域 应力 动力现象 瓦斯突出
中图分类号：TD322 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）23-0024-01
在突出煤巷掘进时，如何降低工作面前方煤体瓦斯含量和地应力、实现掘进巷道快速、安全消突成为制约突出矿井高效安全生产的困难之一。现今我国多数矿井主要采用掘进底板岩巷或是开采卸压保护层的方法来掩护突出煤层巷道掘进作业；由于开采卸压保护层对矿井地质情况有着较严的要求，而掘进底板岩巷则需要耗费大量人力物力，故而沿空掘巷成为突出煤层巷道掘进时所采用的主要技术之一[1-2]。
沿空掘巷的消突原理主要利用原有采空区边缘附近煤层应力在回采期间进行了重新分布，并经历了超前应力的增压、卸压这一过程的反复作用，采空区边缘段煤层瓦斯也经历了长时间的排放[3]。在该卸压区域的保护作用下，只要预留足够的保护宽度，即可实现掘进期间的安全、快速消突工作。
1、新安煤矿应力分布研究
现今国内外有关应力与突出关系机理方面，主要虑了地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三因素，认为应力的研究是防治煤与瓦斯突出的重要内容之一。
通过对新安煤矿井田范围内的断层和节理资料进行收集和整理，并分别按断层的走向和倾向绘制出走向玫瑰图和倾向玫瑰图，绘制要求以10°为单位组且长度等比例进行统计。
通过对绘制的断层走向玫瑰图及倾向玫瑰图的分析，可新安煤矿应力分布总体呈以下几个特征：
（1）中小断层走向主要以NW向为主，可知主应力方向应为W和NNW为主；（2）以正断层为主，断层倾角一般为60°～70°；（3）断层落差多数小于20m，普遍以中小断层为主；（4）断层分布不均匀，大断层多数成组成群分布。
2、沿空掘巷卸压区域宽度确定
2.1、卸压区域宽度计算方法
钻屑量在预测瓦斯动力现象时有着较为敏感的特征，并且这一特性已经广泛应用于突出煤层采掘时所进行的消突效果验证工作。根据以往学者研究可知，钻屑量也可以用来衡量矿山压力及煤层瓦斯动力大小情况；应力越大，钻屑量越大，呈正相关关系。因此，根据采空区周边煤层钻屑量变化情况可基本判断出卸压区域宽度及范围。
据以往学者所做研究，原始煤体中经历巷道开掘后，周边应力平衡将重新进行分布[4]。由巷道往实煤体方向可分为卸压区（即本文所要研究并进行沿空掘巷实验的区域）、应力集中区和原始应力区。根据尹光志、李晓泉等人对矿山压力和钻屑量间关系的研究结果[5]，可知钻屑量在应力峰值前后有着以下关系，如式1所示：
S=ax+b （1）
S表示钻屑量，X表示钻孔深度，a、b分别为系数。
当钻孔深度小于应力峰值深度时，系数a为正数，即随着钻孔深度的增加，钻屑量亦随之增大；当钻孔深度大于应力峰值深度时，系数a为负数，即随着钻孔深度的增加，钻屑量将逐渐变小，并逐渐趋于以恒定值（应力趋于定值）。
2.2、卸压区域宽度现场测定
为确定新安煤矿沿空掘巷卸压区域快度，特在已回采结束的14200工作面预留上巷施工两个钻场，于钻场内向14210工作面垂直巷道施工试验钻孔，并测定钻孔深度与钻屑量。所测数据如表1所示。通过对表1数据进行初步分析，可发现钻屑量最大时对应的深度为19m至22m处，即该段附近为应力峰值区。
2.3、卸压区域宽度计算及确定
通过对表1中1#、2#孔数据分别进行数值拟合并回归分析，并结合上文所述，可知1#孔所拟合的两条曲线交叉点处即为1#孔应力峰值区；同理2#孔所拟合的两条曲线交叉点处即为2#试验孔的应力峰值区。根据拟合方程，可求得1#孔两条拟合曲线交叉点处对应深度值为23.2m；同理求得2#孔两条拟合曲线交叉点对应深度值为20m。即实验工作面应力峰值区域为20m至23.2m。
为对所计算应力峰值区域数据进行验证，经过在14210工作面上巷的多次进行钻屑量测定并进行数值拟合及回归分析，得出多数试验点所计算的峰值区域分布范围为18m—25m，其中20m—23m间数据占所测数据的80.6%以上，处在18m—19m和24m—25m间的数据占1.3%，处在19m—20m和23m—24m间的数据占18.1%。可认定处在18m至19m及24m和25m范围内的数据属小概率事件（可能由实验时误差造成），综上，最终确定新安煤矿14210工作面上巷沿空掘巷卸压区宽度为20m。
3、卸压带保护效果分析
3.1、14200工作面上巷与14210沿空掘巷掘进期间q比对
目前，新安煤矿主要采用s、△h2以及q三个指标来进行工作面突出危险性预测，通过长期的数据统计，发现该矿对q较为明显，故将14211工作面上巷掘进期间的q同14200工作面上巷沿空掘巷期间的q进行比对。
3.2、沿空掘巷卸压效果分析
通过比对实煤体掘进及沿空掘巷期间的q，发现沿空掘巷在采空区的卸压效果保护下，有着较为安全的掘进环境，能够获得较为良好的防突效果及经济效益，具体表现如下：
（1）、实煤体掘进期间，掘进头q值变化起伏较为明显，且出现预测指标超限情况；在其相邻巷道执行沿空掘巷后，q值预测指标较为稳定，且未出现预测指标超限现象。
（2）、实煤体掘进期间，每循环必须执行局部瓦斯治理措施孔，以降低掘进期间回风流瓦斯浓度；在实施沿空掘进后，局部防突措施可由超前探孔取代，且回风流瓦斯浓度得到明显降低，一般不超过0.3%。
（3）、煤巷掘进速度得以提高。实煤体掘进期间，平均进尺3.3m/day；在实施沿空掘巷后，掘进速度最高可达7.5m/day，为工作面回采期间瓦斯治理工作赢取了宝贵时间。
参考文献
[1] 钱鸣高，石平五，许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.09
[2] 黄旭超.钻屑量与矿山压力及瓦斯压力关系现场实验研究[J].煤炭科学研究总院重庆研究院，2011.01
作者简介
蒋继兰，女，四川省广安人，硕士研究生，工程师，主要从事矿井瓦斯预测与防治工作。
