1604运顺1604轨顺 图7.3 16中04轨顺沿空留巷通风系统示意图
7.2.5瓦斯抽放及排水
16中04属于高瓦斯突出矿井，采空区中留存有大量瓦斯，为了保证安全，留存瓦斯应尽可能抽放。为此，在砌块墙体上方应预留瓦斯抽放孔，以便工作面采过后及时对采空区瓦斯进行抽放。
瓦斯抽放孔留设的方法是在砌块墙上部边缘的下方约200mm处每隔12m预留设一个直径为200mm的特制的预留抽放管。
由于16中04工作面为俯采，所以留巷中没有水，水流由16中04轨道顺槽水沟经六中车场流至副平硐水沟排出。
φ108mm沿空留巷200
图7.4 16中04轨顺沿空留巷瓦斯抽放孔示意图
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7.2.6砌块墙体参数设计
（1）16中煤层矿压规律
根据小屯煤矿16中03工作面的矿压观测，16中煤层开采具有以下矿压显现特征。 ①工作面直接顶板较为完整，矿压显现未明显。直接顶初垮后，随支护前移，直接顶垮落及时、采空区充填密实，煤壁无片帮、顺槽变形微弱，超前支护工作阻力较低。
②直接顶主要以深灰泥质粉砂岩为主，中厚层状，挤压擦痕现象明显，擦痕面见钙质结核，多为钙质胶结，厚度为2~2.48m；直接顶上部的细砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩构成采场的基本顶。
③根据实测支架阻力随推进步距关系曲线推断，基本顶周期来压步距为9.0~12m，平均10.5m。
④工作面直接顶初次垮落步距为6~12m，基本顶初次垮落步距32~45m。依据观测结果对顶板进行分类表明：直接顶为中等稳定顶板，基本顶级别为Ⅱ级，基本顶来压显现明显。
⑤小屯煤矿16中煤一采区工作面埋深在342~424m，工作面矿压显现具有深埋工作面矿压显现的主要特征，顶板来压明显。
16中04工作面埋深达到342m以上，最大埋深达到近424m，因此，工作面深埋矿压特征不明显，符合常规工作面矿压规律。
⑥支架平均初撑力为18.4~22.3MPa，总平均为20.83MPa，为额定初撑力的66.1%，各支架最大初撑力为28~30MPa，最大初撑力所占百分比仅为6.3%，平均29.1MPa。因此，支架的初撑力发挥程度较小，初撑力利用率有待提高。
⑦各支架平均循环末阻力为29.4~36.8MPa，总平均为34.2 MPa，为额定工作阻力的83.6%。各支架的最大循环末阻力为37~40MPa，平均最大循环末阻力为38.3MPa，为额定工作阻力的93.6%。
⑧工作面下部支架工作状态较正常，安全阀开启率平均为24.49%；而工作满上部和中部的支架安全阀开启率都远大于30%，工作面上部支架平均开启率为53.79%，工作面中部支架平均开启率达到61.6%。
（2）沿空留巷巷旁支护阻力计算 ①根据砌块墙上方最大需控岩层范围确定
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图7.5为计算沿空留巷巷旁支护阻力的围岩结构模型。
图7.5 沿空留巷围岩结构模型
根据图7.5的模型，可以得到巷旁支护需要的支护阻力为
P?hErELmax?hzrz(x0?c?d) （7.1） 2式中，hZ—直接顶厚度，m，按碎胀系数0.25计算，采高2.4m，垮落带高度为9.6m，取10m；
?z—直接顶岩层密度，kN/m3，取25kN/m3；
hE—老顶厚度，m，根据关键层理论，煤层上方一般赋存有承载上覆岩层的关键岩层，根据小屯煤矿地质条件，6中煤上部顶板赋存的平均厚度14m的长兴灰岩应为关键层，关键层下方的岩层为作为对采空区或留巷施载岩层。因此去除10m的垮落带岩层，老顶岩层厚度为14m；
?E—老顶岩层密度，kN/m3， 取26kN/m3； Lma—x周期来压步距，m， 取11m； d—巷旁充填体宽度，m，取1.3m； c—巷道宽度，m，取4.3m； x0—煤体内极限平衡区宽度，m。
x0?MK?H?Cctg?ln （7.2） 2?f?Cctg?- 29 -
??1?sin?
1?sin?式中，M—开采厚度，m，取2.4m； C—煤的粘结力，Mpa，取1.5MPa； f—煤层内摩擦系数，f=tg?，取tg300； ?—摩擦角，0，取300；
K—应力集中系数，通常K=2~6取4； H—煤的埋深，m，取424m；
r—上覆岩层容重，kN/m3，取25kN/m3。 把参数代入公式（7.1）及公式（7.2），得到
x0=5.96m
P=4891kN/m
也就是说，砌块墙的支护载荷必须达到每米墙4891kN以上。每平方米砌块墙须承担的压力为4891/1.3=3762kN/m2=3.8MPa。
如果按最大初次来压步距45m计算，则每平方米砌块墙须承担的压力为8.5MPa。 ②根据采场支承压力确定
该方法是较保守的算法，即砌块墙除承担其上方直至地面的全部岩层重量，同时考虑了采动引起的支承压力影响。
回采工作面开采以后，破坏了煤体中的原始应力状态，采空区上覆岩层的载荷将向煤壁前方的煤层上转移，使得煤壁内部的应力升高，煤壁附近发生破坏。工作面回采后，上覆岩层的应力重新分布，在煤壁一定深度内形成支承压力带。更确切地说，支承压力是采场围岩应力重新分布范围内，作用在煤层、采空区冒落矸石或充填物上的层面垂直压力。由于支承压力的作用和开采挠动等因素的影响，煤壁一定深度内的煤岩已破坏，越向煤壁深处，支承压力逐渐增大，直至达到顶峰。通常把煤壁前方的支承压力范围划分为非弹性区和弹性区两个区域，如图7.6所示。
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图7.6 支承压力分区图
A—减压区；B—增压区；C—稳压区；D—非弹性区（极限平衡区）；E—弹性区 a.非弹性区范围及支承压力分布
非弹性区通常也叫极限平衡区，其基本含义是煤体由于开采破坏，在煤壁边缘形成集中应力，当集中应力超过煤壁边缘煤体的单轴抗压强度时，煤体破坏。煤体破坏后承载能力下降，应力集中的位置向深部转移，集中应力转移的结果可能使内部一定范围内的煤体遭到破坏。但随着深度的增加，煤体受力状态逐渐由二向转为三向，抗压强度逐渐提高，煤体的破坏程度将越来越轻，最后在内部某一位置煤体的强度和集中应力达到平衡，这个位置范围内的煤体均处于极限平衡状态，称为极限平衡区。
对于极限平衡区可按图7.7所示的关系建立极限平衡方程
m(?x?d?x)?m?x?2?yfdx?0 （7.3）
式中，f—层面间的摩擦系数，f?tg?1，?1为顶底板与煤层间的摩擦角； m—采高，m；
?y—垂直应力（即支承压力），MPa； ?x—水平应力，MPa。
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