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中图分类号：TD823.84 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）31―0269―01
一、概述
孙村煤矿位于山东省新泰市新汶办事处境内，位居山东省新汶矿业集团公司腹地，东与张庄煤矿相邻（华源公司），西与良庄煤矿相邻，南依蒙山山系，北与莲花山相望，柴汶河自东向西流经井田之上。目前孙村煤矿开采深度达1300m，与其他相邻煤矿的边界也多次调整，呈现不规则形状。矿井田内的断层多以高角度正断层为主，逆断层少见，大中型断层以近倾向断层较多，这些断层将煤层沿走向分割成多个块段，多成为采区走向边界，造成采区走向长度较短，准备工程量大，工作面搬家频繁，采掘接替紧张。随开采深度的增大，断层条数增加，落差增大，直接导致回采煤量减少，回采巷道增多，采出率低，设备增加，机械化装备不易充分发挥。
二、矿井深部延深巷道破坏研究与控制
（一）矿井矿压显现规律
巷道变形破坏严重，维护困难是深部开采的主要问题之一。在开采深度超过600m～700m后，井下巷道开始出现深井开采的巷道矿压显现特征，到-600m水平以下的深井巷道矿压显现特征愈加明显。其显现特征有如下几点：
1、巷道围岩变形速度快，变形量大。
2、采煤工作面开采加剧了巷道围岩变形。
3、开采对巷道的影响稳定后，维护在煤柱下方的各类巷道持续变形，流变已成为煤柱下方深井巷道变形的主要特征。
4、巷道从使用期间维护困难已发展到在掘进期间就维护困难。
5、多数留设的巷道保护煤柱达不到保护巷道的目的，反而对深部巷道维护不利。
6、经受采煤工作面强烈的开采影响后，维护在采区下方的各类巷道都能保持稳定。
7、无论是经受采煤工作面开采影响，还是维护在煤柱下方的巷道，岩性对深部巷道围岩变形有明显的影响，岩性的差异引起的巷道围岩变形的差异在深部强烈地显现出来。
8、现有支架条件下想依靠加大支架型号来阻止巷道围岩变形是不可能的。
9、巷道布置、开采顺序和最终形成的开采边界条件对深部巷道维护影响很大。
（二）巷道变形破坏机理
1、巷道变形破坏机理分析方法
巷道的变形破坏既取决于围岩自身的强度特性和力学特性，又取决于围岩应力的大小，是支架支撑下围岩应力与围岩强度相互作用的结果。巷道围岩应力小于围岩强度的一定值时，巷道能够保持稳定。巷道围岩应力达到围岩强度的一定值后，巷道开始变形破坏，并随应力的增高趋于严重。巷道服务时间越长，变形破坏程度越复杂，既与布置方式有关，又与开采部署和保护方法有关。从孙村矿深部矿井巷道的变形破坏情况来看，虽然总的变化趋势是采深加大后这些巷道变形趋于严重，但由于岩性、布置、开采影响和开采形成的边界条件不同，深部巷道变形破坏差异很大，同一深度上的巷道变形破坏情况本身就相差很大，也并不是埋深最大的巷道变形就一定越剧烈。
采深对巷道的影响本质上是应力对巷道围岩的影响，采深引起的原岩应力对巷道的影响是不可避免的。采深增加意味着原岩应力增加，无论是否存在构造应力，这种趋势总是存在的。
实体岩层中的原岩应力与采深的关系为：
σ=γ h
式中：σ----实体岩层中的原岩应力，MPa
γ---上覆岩层体积力，MN/m3
H----巷道位置处岩层埋深，m。
两种支撑压力按照衰减和扩展的规律，在煤层底板岩层中传播，形成应力集中，集中程度以原岩应力为基数，由大于1的应力集中系数K来反映。
实体岩层中某点处或巷道位置处K值的大小由该点与采煤工作面或采煤工作面停采线的相对位置来决定。实体岩层中的铅垂应力可以由下列公式计算：
σ=Kγ（H-Z）+ Γz
式中：K---实体岩层中的应力集中系数；
Z---巷道与煤层底板的垂距，m。
实际计算中，当Z较小时，可以忽略不计，K值是煤层底板垂直距离Z和与工作面水平距离或停采线距离L的函数，即K=f（L，Z），可以由煤层底板铅垂应力场决定。
当K=1时，公式中的计算值为原岩应力状态下实体岩层中的铅垂应力值。
由于浅部开采巷道埋深小，原岩应力基数小，即使应力集中系数K值较和围岩强度较小，围岩应力的绝对值与围岩强度之比仍然较小，巷道变形并不明显。
到了深部后，由于原岩应力本身的基数很大，即使应力集中系数K值较小，对于同一岩层来说，围岩应力与围岩强度之比必然要随开采深度增加而逐渐增加。因而，巷道的变形随开采深度的而加大。
三、巷道矿压控制
（一）深部开拓准备巷道
矿井的主要开拓巷道，因服务年限长，其维护与使用状况直接影响着全矿的正常生产和安全生产。深部开拓准备巷道要从设计开始，就要通过合理的巷道布置和根据边界开采条件，通过有效的技术手段来降低有效载荷和缩短固定支撑压力作用，并确定合理的支护方式。
1、将能够沿岩层布置得开拓巷道，尽可能的布置在稳定的砂岩类岩层中，不在泥岩类岩层中布置这类的巷道。
2、加大施工巷道与开采煤层的垂距，减少开采影响。
3、对于具备跨采条件且服务时间较长的巷道，可以考虑在两侧固定支撑压力形成前，将上部煤层预先摘掉，使之在承受移动支撑压力影响后不再承受固定压力影响，大修一次后可以不再需要大修，避免了重复维修。
4、无法选择岩性的巷道，或者不具备掘前预先开采的巷道，要充分利用采空区，采用掘前预采的方式施工。
5、选择合理的支护参数和方式，深部开拓准备巷道全部进行二次支护，断层及构造带使用架棚支护，或二次支护后再架棚支护。
（二）准备巷道矿压控制技术
准备巷道因服务年限较短，变形破坏后影响范围较小，只在某一个小的区域内发生变形，因而对岩性的要求不是很高，与首采煤层的垂距可适当放宽，其矿压控制也应从设计开始，也应通过巷道布置和开采部署改变开采边界条件，达到降低有效载荷系数和缩短固定支撑压力作用时间的目的。
1、对于预计要经受较大支撑压力作用的上下山，岩石上下山要代替煤层上下山。
2、充分利用采空区，在其下面布置上下山。
3、充分利用较大的立井或斜井保护煤柱，在其内布置上下山，并形成单翼开采的布置格局，以减少开采影响。
4、对于沿空送巷的准备巷道，要预留足够的隔离煤柱，巷道临近采空区的一侧要加强支护，尽量减少巷道变形。
5、深部准备巷道，要推广使用高强度预应力锚杆，全断面一次成巷，配合锚索加固支护。
（三）回采巷道矿压控制技术
回采巷道必须沿煤层掘进，无法选择围岩，也无法回避移动支撑压力作用，长壁工作面开采引起的移动支撑压力首先要对本煤层中的回采巷道产生影响，一般情况下其中的一条要承受侧向固定支撑压力的作用。
1、回采巷道沿空留巷是所有巷道中支护难度和维护难度最大的一种巷道布置方式，因受上一个采面得移动支撑压力和固定支撑压力的影响，巷道变形量较大，施工及维护难度较大。
2、回采工作面上下顺槽因沿煤层走向布置，受断层和构造影响较大，断层带和构造区域存在较大的地应力，往往是支护的薄弱地带。
3、相邻工作面开采引起的移动支撑压力和侧向固定支撑压力对回风顺槽影响较大，影响程度取决于开采深度和煤柱的宽度。避免巷道变形的重要手段一是要确定合理的支护参数，二是煤柱留设宽度要合理经济，既能满足安全上的需求，也要考虑到矿压对施工巷道带来的影响。
总之，深部开采的巷道，在情况允许下，开拓准备巷道尽量布置在稳定的砂岩类顶板中，避免移动支撑压力和侧向支撑压力及工作面采动带来的影响，有条件时，尽量布置在免压区内。开拓准备巷道因服务年限较长，设计时应尽量避开煤柱区，压力区和高地应力区域，在断层及构造带或穿层施工时，必须采取特殊的巷道加固支护措施，确保巷道变形量在服务时间段内最小。
回采准备巷道除根据煤层顶板岩性确定合理的支护参数外，还要根据移动支撑压力和侧向支撑压力确定合理的支护参数和煤柱留设宽度，巷道尽量避开高地应力区域和断层、构造带。
一、概述
孙村煤矿位于山东省新泰市新汶办事处境内，位居山东省新汶矿业集团公司腹地，东与张庄煤矿相邻（华源公司），西与良庄煤矿相邻，南依蒙山山系，北与莲花山相望，柴汶河自东向西流经井田之上。目前孙村煤矿开采深度达1300m，与其他相邻煤矿的边界也多次调整，呈现不规则形状。矿井田内的断层多以高角度正断层为主，逆断层少见，大中型断层以近倾向断层较多，这些断层将煤层沿走向分割成多个块段，多成为采区走向边界，造成采区走向长度较短，准备工程量大，工作面搬家频繁，采掘接替紧张。随开采深度的增大，断层条数增加，落差增大，直接导致回采煤量减少，回采巷道增多，采出率低，设备增加，机械化装备不易充分发挥。
二、矿井深部延深巷道破坏研究与控制
（一）矿井矿压显现规律
巷道变形破坏严重，维护困难是深部开采的主要问题之一。在开采深度超过600m～700m后，井下巷道开始出现深井开采的巷道矿压显现特征，到-600m水平以下的深井巷道矿压显现特征愈加明显。其显现特征有如下几点：
1、巷道围岩变形速度快，变形量大。
2、采煤工作面开采加剧了巷道围岩变形。
3、开采对巷道的影响稳定后，维护在煤柱下方的各类巷道持续变形，流变已成为煤柱下方深井巷道变形的主要特征。
4、巷道从使用期间维护困难已发展到在掘进期间就维护困难。
5、多数留设的巷道保护煤柱达不到保护巷道的目的，反而对深部巷道维护不利。
6、经受采煤工作面强烈的开采影响后，维护在采区下方的各类巷道都能保持稳定。
7、无论是经受采煤工作面开采影响，还是维护在煤柱下方的巷道，岩性对深部巷道围岩变形有明显的影响，岩性的差异引起的巷道围岩变形的差异在深部强烈地显现出来。
8、现有支架条件下想依靠加大支架型号来阻止巷道围岩变形是不可能的。
9、巷道布置、开采顺序和最终形成的开采边界条件对深部巷道维护影响很大。
（二）巷道变形破坏机理
1、巷道变形破坏机理分析方法
巷道的变形破坏既取决于围岩自身的强度特性和力学特性，又取决于围岩应力的大小，是支架支撑下围岩应力与围岩强度相互作用的结果。巷道围岩应力小于围岩强度的一定值时，巷道能够保持稳定。巷道围岩应力达到围岩强度的一定值后，巷道开始变形破坏，并随应力的增高趋于严重。巷道服务时间越长，变形破坏程度越复杂，既与布置方式有关，又与开采部署和保护方法有关。从孙村矿深部矿井巷道的变形破坏情况来看，虽然总的变化趋势是采深加大后这些巷道变形趋于严重，但由于岩性、布置、开采影响和开采形成的边界条件不同，深部巷道变形破坏差异很大，同一深度上的巷道变形破坏情况本身就相差很大，也并不是埋深最大的巷道变形就一定越剧烈。
采深对巷道的影响本质上是应力对巷道围岩的影响，采深引起的原岩应力对巷道的影响是不可避免的。采深增加意味着原岩应力增加，无论是否存在构造应力，这种趋势总是存在的。
实体岩层中的原岩应力与采深的关系为：
σ=γ h
式中：σ----实体岩层中的原岩应力，MPa
γ---上覆岩层体积力，MN/m3
H----巷道位置处岩层埋深，m。
两种支撑压力按照衰减和扩展的规律，在煤层底板岩层中传播，形成应力集中，集中程度以原岩应力为基数，由大于1的应力集中系数K来反映。
实体岩层中某点处或巷道位置处K值的大小由该点与采煤工作面或采煤工作面停采线的相对位置来决定。实体岩层中的铅垂应力可以由下列公式计算：
σ=Kγ（H-Z）+ Γz
式中：K---实体岩层中的应力集中系数；
Z---巷道与煤层底板的垂距，m。
实际计算中，当Z较小时，可以忽略不计，K值是煤层底板垂直距离Z和与工作面水平距离或停采线距离L的函数，即K=f（L，Z），可以由煤层底板铅垂应力场决定。
当K=1时，公式中的计算值为原岩应力状态下实体岩层中的铅垂应力值。
由于浅部开采巷道埋深小，原岩应力基数小，即使应力集中系数K值较和围岩强度较小，围岩应力的绝对值与围岩强度之比仍然较小，巷道变形并不明显。
到了深部后，由于原岩应力本身的基数很大，即使应力集中系数K值较小，对于同一岩层来说，围岩应力与围岩强度之比必然要随开采深度增加而逐渐增加。因而，巷道的变形随开采深度的而加大。
三、巷道矿压控制
（一）深部开拓准备巷道
矿井的主要开拓巷道，因服务年限长，其维护与使用状况直接影响着全矿的正常生产和安全生产。深部开拓准备巷道要从设计开始，就要通过合理的巷道布置和根据边界开采条件，通过有效的技术手段来降低有效载荷和缩短固定支撑压力作用，并确定合理的支护方式。
1、将能够沿岩层布置得开拓巷道，尽可能的布置在稳定的砂岩类岩层中，不在泥岩类岩层中布置这类的巷道。
2、加大施工巷道与开采煤层的垂距，减少开采影响。
3、对于具备跨采条件且服务时间较长的巷道，可以考虑在两侧固定支撑压力形成前，将上部煤层预先摘掉，使之在承受移动支撑压力影响后不再承受固定压力影响，大修一次后可以不再需要大修，避免了重复维修。
4、无法选择岩性的巷道，或者不具备掘前预先开采的巷道，要充分利用采空区，采用掘前预采的方式施工。
5、选择合理的支护参数和方式，深部开拓准备巷道全部进行二次支护，断层及构造带使用架棚支护，或二次支护后再架棚支护。
（二）准备巷道矿压控制技术
准备巷道因服务年限较短，变形破坏后影响范围较小，只在某一个小的区域内发生变形，因而对岩性的要求不是很高，与首采煤层的垂距可适当放宽，其矿压控制也应从设计开始，也应通过巷道布置和开采部署改变开采边界条件，达到降低有效载荷系数和缩短固定支撑压力作用时间的目的。
1、对于预计要经受较大支撑压力作用的上下山，岩石上下山要代替煤层上下山。
2、充分利用采空区，在其下面布置上下山。
3、充分利用较大的立井或斜井保护煤柱，在其内布置上下山，并形成单翼开采的布置格局，以减少开采影响。
4、对于沿空送巷的准备巷道，要预留足够的隔离煤柱，巷道临近采空区的一侧要加强支护，尽量减少巷道变形。
5、深部准备巷道，要推广使用高强度预应力锚杆，全断面一次成巷，配合锚索加固支护。
（三）回采巷道矿压控制技术
回采巷道必须沿煤层掘进，无法选择围岩，也无法回避移动支撑压力作用，长壁工作面开采引起的移动支撑压力首先要对本煤层中的回采巷道产生影响，一般情况下其中的一条要承受侧向固定支撑压力的作用。
1、回采巷道沿空留巷是所有巷道中支护难度和维护难度最大的一种巷道布置方式，因受上一个采面得移动支撑压力和固定支撑压力的影响，巷道变形量较大，施工及维护难度较大。
2、回采工作面上下顺槽因沿煤层走向布置，受断层和构造影响较大，断层带和构造区域存在较大的地应力，往往是支护的薄弱地带。
3、相邻工作面开采引起的移动支撑压力和侧向固定支撑压力对回风顺槽影响较大，影响程度取决于开采深度和煤柱的宽度。避免巷道变形的重要手段一是要确定合理的支护参数，二是煤柱留设宽度要合理经济，既能满足安全上的需求，也要考虑到矿压对施工巷道带来的影响。
总之，深部开采的巷道，在情况允许下，开拓准备巷道尽量布置在稳定的砂岩类顶板中，避免移动支撑压力和侧向支撑压力及工作面采动带来的影响，有条件时，尽量布置在免压区内。开拓准备巷道因服务年限较长，设计时应尽量避开煤柱区，压力区和高地应力区域，在断层及构造带或穿层施工时，必须采取特殊的巷道加固支护措施，确保巷道变形量在服务时间段内最小。
回采准备巷道除根据煤层顶板岩性确定合理的支护参数外，还要根据移动支撑压力和侧向支撑压力确定合理的支护参数和煤柱留设宽度，巷道尽量避开高地应力区域和断层、构造带。