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【摘 要】针对海域“三软”地层采动影响范围大的特点，提出了软岩动压条件下大巷的卸压保护和控制巷道有害变形区的理念，探索了软岩超前动压作用下大巷的卸压保护机理，确定卸压巷与被保护巷道之间卸压煤柱的合理宽度参数。通过实践，采用卸压巷卸压方式维护主要大巷，有效减轻了采动引起的支承压力危害。
【关键词】软岩采场；超前动压；大巷卸压保护；消弱采场支承压力
龙口矿区北皂煤矿，煤系地层岩性差，赋存条件十分复杂，是国内典型的软岩矿井，巷道围岩控制工作比一般软岩矿井困难。长期实践表明，软岩地质条件下、尤其是海域下煤层开采，支承压力传播距离长、采动影响范围广，水平大巷、硐室和采区上下山不可避免地处于回采工作面形成的支承压力附近，使巷道围岩遭受不同程度支承压力的作用。采动影响致使大巷被破坏无法正常使用的事例较多，软岩动压条件下巷道围岩控制技术是矿井生产中的重大问题。
一、“三软”地层开采支承压力带参数及其特征
（一） 软岩采场支承压力带参数
软岩地质条件下开采，在时间与空间上，支承压力及其显现的变化情况是十分复杂的。二十多年的生产实践及矿压测试表明，支承压力带参数在不同的采区、不同的采深和不同的地质构造条件下的变化范围很大，陆地开采超前支承压力分布一般为80～200m，在海域开采过程中，采场支承压力波及的范围远远超出了陆地支承压力波及的范围，海域下开采支承压力分布范围为550m以上，超前动压明显显现范围为230m，采动影响使水平大巷及其周边巷道的维护工作十分困难。
（二） 海域超前支承压力分布一般特征
根据海域回采工作面超前支承压力对巷道围岩的影响变化特征，将采动影响范围内的超前支承压力一般可划为支承压力渐增区A、支承压力明显升高区B、支承压力显著升高区C和支承压力强烈升高区D四部分组成。
在动压区内，支承压力的强度、分布特征和各区的宽度等都是变化的，其变化速度也是不稳定的。北皂海域下开采，超前支承压力分布的一般特征是：
超前工作面550～230m为超前支承压力渐增区A，渐增区内支承压力升高变化幅度不大，正常地质、支护条件下，巷道围岩变化是缓慢渐变的过程，巷道围岩变化速率增量不大，当受构造影响区域或支护相对薄弱的时，渐增区内支承压力显现较为明显。
超前工作面230～120m为支承压力明显升高区B，明显升高区内支承压力升高变化较为明显，巷道围岩变化量与围岩性质、地质构造、巷道支护、与工作面之间的距离、采动影响时间和环境等因素有关。
超前工作面120～30m为支承压力显著升高区C，由于支承压力显著升高，要使巷道满足正常生产的需要，该区内是必须进行加强支护的范围。
超前工作面30～0m为支承压力强烈升高区D，该区是煤体及顶板岩层产生塑性变形的范围。
二、 大巷保护原则
针对软岩采动影响范围广的情况，为了提高煤炭资源采出率、解决合理布置巷道的一些实际问题，合理的进行超前支承压力控制，可将由采动影响引起的巷道围岩变形程度化分为有害变形区和危险变形区。有害变形区定义为巷道围岩变形量小于其允许极限值或巷道变形未影响巷道使用的区间范围，危险变形区定义为巷道围岩变形量大于其允许极限值或因巷道变形严重影响巷道使用的区间范围。
软岩地质条件下开采，支承压力控制的目的，是将巷道变形控制在有害变形区以内，在控制有害变形区向危险变形区转化的前提下，取得最大的经济效益。北皂煤矿一般将水平大巷、硐室和采区上下山保护煤岩柱留设在支承压力明显升高区以外。
三、大巷卸压保护机理及卸压煤柱的合理参数
（一）大巷卸压保护机理
将大巷、硐室保护煤岩柱留设在支承压力明显升高区以内，在大巷靠近工作面一侧的煤柱中与大巷间隔一定距离掘一条卸压巷道，将原来一个较大的煤柱分为一窄一宽两个煤柱。理想条件下，由于卸压巷的存在，使支承压力集中远离大巷，主要作用在宽煤柱（支承煤柱LK）上，而仅有很少一部分作用在靠近大巷周边的窄煤柱（卸压煤柱LZ）上。
利用卸压巷的大变形吸收采场超前支承压力在围岩中传播的部分能量，使大巷处于超前支承压力降低区，同时宽煤柱在支承压力作用下产生的大量变形也可被卸压巷道的空间吸收。从而，使大巷受到保护而不至于产生大量变形，消弱采动支承压力对保护巷道的采动影响，将大巷在动压作用下产生的围岩变形控制在有害变形区以内，控制有害变形区向危险变形区转化，确保大巷在采动影响期间的变形量不超过巷道支架的可缩量。
（二）“三软”地层卸压煤柱的合理参数
要取得理想的卸压效果，关键在于合理选取让压煤柱的宽度LZ及支承煤柱的宽度LK两个基本参数。
1、卸压煤柱的宽度LZ
为防止卸压巷和大巷围岩的失稳相互扰动、相互影响，卸压煤柱的宽度LZ必须大于两巷道围岩产生塑性变形的宽度L1与L2之和，煤柱中央要保持一定的承载宽度L3， 并要有一定的安全系数。
如果卸压煤柱的宽度LZ “三软”地层条件下，巷道围岩浅部破坏剧烈、深部松动破坏范围广。巷道开掘后，在巷道围岩中产生一个流变塑性变形区，它的范围和变形程度随时间推移而改变。塑性破裂区是围岩变形的主要部分，也是影响巷道稳定性的主要因素。工程实践表明：围岩松动破坏范围对巷道支护有重大影响，松动破坏范围越大，碎胀变形越大，作用在支护体上的力越大，巷道支护越困难。
根据北皂煤矿巷道深部围岩移动监测，巷道产生有害变形的条件下，巷道周边以外7～10m内松动变形量为单侧围岩松动变形总量的19%左右，10m以外松动变形量为单侧围岩松动变形总量的7%以上。因此，可以确定大变形条件下，软岩巷道围岩产生塑性变形的宽度L1在10m以上。 根据北皂海域巷道深部围岩移动测试，卸压巷在充分变形条件下，巷道围岩产生塑性变形的宽度L2可在16m以上。
正常地质条件下，让压煤柱中央承载区的宽度L3不应少于4m。
取安全系数K=1.4
故，让压煤柱的宽度LZ≥（ L1+ L2+ L3）×1.4=42m
即，北皂煤矿海域“三软”地层条件下，卸压巷与被保护巷道之间让压煤柱的宽度应大于42m。
2、 支承煤柱的宽度LK
海域软岩地质条件下开采，支承压力传播距离长、采动影响范围广。正常条件下，支承煤柱的宽度LK应大于支承压力显著升高区120m的范围。受构造影响条件下，支承煤柱的宽度LK应大于150m。
四、动压条件下大巷的卸压保护效果
H2106工作面为海域第三个回采工作面，工作面停采线前方的-350轨道大巷、-350皮带大巷和-350回风巷均为穿层巷道，三条大巷平行布置。350回风巷以U36棚喷支护为主，-350皮带巷以U36壁后浇支护和料石砌碹支护为主，-350轨道大巷以U36壁后浇支护、料石砌碹支护和U36棚浇混凝土支护为主。
在确定H2106面停采线与大巷保护煤柱期间，预测了不同煤柱宽度条件下-350水平三条大巷可能产生的变形量，考虑了-350水平三条大巷的不同用途、允许变形量和提高煤炭资源回收率的问题，确定利用-350回风巷作为-350皮带大巷和-350轨道大巷的卸压巷道，将H2106工作面停采线布置在距-350回风巷150m位置，。
三条大巷在H2106面采动影响条件下的围岩变形及破坏长度比较表见下表：
从表中实测数据与大巷的宏观显现可以明显得出，在H2106面超前动压作用区域内，利用-350回风巷变形卸压，实现了对-350水平主要大巷的保护。
五、 结论
⑴ 北皂煤矿实践表明，“三软”地层采动影响范围广的条件下，采用卸压巷卸压维护大巷，主动减轻或避免采动引起的支承压力的危害，是软岩动压影响条件下巷道围岩控制的主要措施，是确保巷道维护良好的一个重要对策。
⑵实测研究表明，北皂煤矿海域“三软”地层条件下开采，卸压巷与被保护巷道之间让压煤柱的宽度应大于42m。
⑶在超前动压作用区域内，利用-350回风巷卸压，实现了对-350水平主要大巷的卸压保护，确保了矿井正常生产，经济和社会效益显著。
【关键词】软岩采场；超前动压；大巷卸压保护；消弱采场支承压力
龙口矿区北皂煤矿，煤系地层岩性差，赋存条件十分复杂，是国内典型的软岩矿井，巷道围岩控制工作比一般软岩矿井困难。长期实践表明，软岩地质条件下、尤其是海域下煤层开采，支承压力传播距离长、采动影响范围广，水平大巷、硐室和采区上下山不可避免地处于回采工作面形成的支承压力附近，使巷道围岩遭受不同程度支承压力的作用。采动影响致使大巷被破坏无法正常使用的事例较多，软岩动压条件下巷道围岩控制技术是矿井生产中的重大问题。
一、“三软”地层开采支承压力带参数及其特征
（一） 软岩采场支承压力带参数
软岩地质条件下开采，在时间与空间上，支承压力及其显现的变化情况是十分复杂的。二十多年的生产实践及矿压测试表明，支承压力带参数在不同的采区、不同的采深和不同的地质构造条件下的变化范围很大，陆地开采超前支承压力分布一般为80～200m，在海域开采过程中，采场支承压力波及的范围远远超出了陆地支承压力波及的范围，海域下开采支承压力分布范围为550m以上，超前动压明显显现范围为230m，采动影响使水平大巷及其周边巷道的维护工作十分困难。
（二） 海域超前支承压力分布一般特征
根据海域回采工作面超前支承压力对巷道围岩的影响变化特征，将采动影响范围内的超前支承压力一般可划为支承压力渐增区A、支承压力明显升高区B、支承压力显著升高区C和支承压力强烈升高区D四部分组成。
在动压区内，支承压力的强度、分布特征和各区的宽度等都是变化的，其变化速度也是不稳定的。北皂海域下开采，超前支承压力分布的一般特征是：
超前工作面550～230m为超前支承压力渐增区A，渐增区内支承压力升高变化幅度不大，正常地质、支护条件下，巷道围岩变化是缓慢渐变的过程，巷道围岩变化速率增量不大，当受构造影响区域或支护相对薄弱的时，渐增区内支承压力显现较为明显。
超前工作面230～120m为支承压力明显升高区B，明显升高区内支承压力升高变化较为明显，巷道围岩变化量与围岩性质、地质构造、巷道支护、与工作面之间的距离、采动影响时间和环境等因素有关。
超前工作面120～30m为支承压力显著升高区C，由于支承压力显著升高，要使巷道满足正常生产的需要，该区内是必须进行加强支护的范围。
超前工作面30～0m为支承压力强烈升高区D，该区是煤体及顶板岩层产生塑性变形的范围。
二、 大巷保护原则
针对软岩采动影响范围广的情况，为了提高煤炭资源采出率、解决合理布置巷道的一些实际问题，合理的进行超前支承压力控制，可将由采动影响引起的巷道围岩变形程度化分为有害变形区和危险变形区。有害变形区定义为巷道围岩变形量小于其允许极限值或巷道变形未影响巷道使用的区间范围，危险变形区定义为巷道围岩变形量大于其允许极限值或因巷道变形严重影响巷道使用的区间范围。
软岩地质条件下开采，支承压力控制的目的，是将巷道变形控制在有害变形区以内，在控制有害变形区向危险变形区转化的前提下，取得最大的经济效益。北皂煤矿一般将水平大巷、硐室和采区上下山保护煤岩柱留设在支承压力明显升高区以外。
三、大巷卸压保护机理及卸压煤柱的合理参数
（一）大巷卸压保护机理
将大巷、硐室保护煤岩柱留设在支承压力明显升高区以内，在大巷靠近工作面一侧的煤柱中与大巷间隔一定距离掘一条卸压巷道，将原来一个较大的煤柱分为一窄一宽两个煤柱。理想条件下，由于卸压巷的存在，使支承压力集中远离大巷，主要作用在宽煤柱（支承煤柱LK）上，而仅有很少一部分作用在靠近大巷周边的窄煤柱（卸压煤柱LZ）上。
利用卸压巷的大变形吸收采场超前支承压力在围岩中传播的部分能量，使大巷处于超前支承压力降低区，同时宽煤柱在支承压力作用下产生的大量变形也可被卸压巷道的空间吸收。从而，使大巷受到保护而不至于产生大量变形，消弱采动支承压力对保护巷道的采动影响，将大巷在动压作用下产生的围岩变形控制在有害变形区以内，控制有害变形区向危险变形区转化，确保大巷在采动影响期间的变形量不超过巷道支架的可缩量。
（二）“三软”地层卸压煤柱的合理参数
要取得理想的卸压效果，关键在于合理选取让压煤柱的宽度LZ及支承煤柱的宽度LK两个基本参数。
1、卸压煤柱的宽度LZ
为防止卸压巷和大巷围岩的失稳相互扰动、相互影响，卸压煤柱的宽度LZ必须大于两巷道围岩产生塑性变形的宽度L1与L2之和，煤柱中央要保持一定的承载宽度L3， 并要有一定的安全系数。
如果卸压煤柱的宽度LZ
根据北皂煤矿巷道深部围岩移动监测，巷道产生有害变形的条件下，巷道周边以外7～10m内松动变形量为单侧围岩松动变形总量的19%左右，10m以外松动变形量为单侧围岩松动变形总量的7%以上。因此，可以确定大变形条件下，软岩巷道围岩产生塑性变形的宽度L1在10m以上。 根据北皂海域巷道深部围岩移动测试，卸压巷在充分变形条件下，巷道围岩产生塑性变形的宽度L2可在16m以上。
正常地质条件下，让压煤柱中央承载区的宽度L3不应少于4m。
取安全系数K=1.4
故，让压煤柱的宽度LZ≥（ L1+ L2+ L3）×1.4=42m
即，北皂煤矿海域“三软”地层条件下，卸压巷与被保护巷道之间让压煤柱的宽度应大于42m。
2、 支承煤柱的宽度LK
海域软岩地质条件下开采，支承压力传播距离长、采动影响范围广。正常条件下，支承煤柱的宽度LK应大于支承压力显著升高区120m的范围。受构造影响条件下，支承煤柱的宽度LK应大于150m。
四、动压条件下大巷的卸压保护效果
H2106工作面为海域第三个回采工作面，工作面停采线前方的-350轨道大巷、-350皮带大巷和-350回风巷均为穿层巷道，三条大巷平行布置。350回风巷以U36棚喷支护为主，-350皮带巷以U36壁后浇支护和料石砌碹支护为主，-350轨道大巷以U36壁后浇支护、料石砌碹支护和U36棚浇混凝土支护为主。
在确定H2106面停采线与大巷保护煤柱期间，预测了不同煤柱宽度条件下-350水平三条大巷可能产生的变形量，考虑了-350水平三条大巷的不同用途、允许变形量和提高煤炭资源回收率的问题，确定利用-350回风巷作为-350皮带大巷和-350轨道大巷的卸压巷道，将H2106工作面停采线布置在距-350回风巷150m位置，。
三条大巷在H2106面采动影响条件下的围岩变形及破坏长度比较表见下表：
从表中实测数据与大巷的宏观显现可以明显得出，在H2106面超前动压作用区域内，利用-350回风巷变形卸压，实现了对-350水平主要大巷的保护。
五、 结论
⑴ 北皂煤矿实践表明，“三软”地层采动影响范围广的条件下，采用卸压巷卸压维护大巷，主动减轻或避免采动引起的支承压力的危害，是软岩动压影响条件下巷道围岩控制的主要措施，是确保巷道维护良好的一个重要对策。
⑵实测研究表明，北皂煤矿海域“三软”地层条件下开采，卸压巷与被保护巷道之间让压煤柱的宽度应大于42m。
⑶在超前动压作用区域内，利用-350回风巷卸压，实现了对-350水平主要大巷的卸压保护，确保了矿井正常生产，经济和社会效益显著。