陳 飛

試驗(yàn)礦井系神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)梅花井煤礦，為年產(chǎn)12 Mt的大型現(xiàn)代化礦井，煤田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層產(chǎn)狀傾斜，傾角為11°～24°。主要含煤地層為中、下侏羅統(tǒng)延安組，共含17個(gè)可采煤層，主采2#煤、4#煤、6#煤、10#煤、12#煤和18#煤。6#煤層埋藏深度平均 280 m，最大363.5 m，開(kāi)采厚度平均3.5 m。目前，該煤礦正在回采的116101綜采工作面運(yùn)輸巷，高×寬為3.8 m ×5.4 m;回風(fēng)巷，高 ×寬為4.0 m ×5.2 m，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)。

1 頂板探測(cè)

1.1 頂板探測(cè)儀及測(cè)試原理

從地質(zhì)角度而言，井下開(kāi)采煤層頂板質(zhì)量取決于頂板巖石成分、結(jié)構(gòu)和沉積構(gòu)造以及沉積后早期差異壓實(shí)和后期構(gòu)造作用等，煤層頂板巖體由于沉積環(huán)境的演化，巖性巖相在橫向和縱向上變化很大。為直觀準(zhǔn)確地描述試驗(yàn)煤層頂板賦存特征，本試驗(yàn)采用頂板TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀，分析頂煤變化、頂板巖層巖性、巖層組合特征及頂板巖層裂隙分布情況，并為頂板穩(wěn)定性分類(lèi)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1)頂板探測(cè)儀結(jié)構(gòu)。TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀主要部件有：主機(jī)(1個(gè))、探頭(1個(gè))、數(shù)據(jù)線(20 m)、探桿(1 m×15根)、電源(1個(gè))。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀技術(shù)參數(shù)表

2)頂板探測(cè)原理。TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀是通過(guò)CCD(電荷耦合器件Charge Coupled Device)將巖層鉆孔內(nèi)實(shí)測(cè)圖像，由電纜線傳輸?shù)斤@示器顯示出來(lái)，并可用記憶卡將圖像存貯起來(lái)。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)測(cè)圖像的對(duì)比，可描述出巷道圍巖離層、錯(cuò)位、破裂變化情況。同時(shí)，探頭伸及的地方有相應(yīng)的標(biāo)尺刻度，這樣就可確定圖像在鉆孔中的具體位置。

1.2 頂板探測(cè)試驗(yàn)方案及工序

1)試驗(yàn)地點(diǎn)。為了解試驗(yàn)礦井回采巷道頂板巖性、圍巖裂隙及受采動(dòng)影響頂板的變化情況，包括頂板巖層節(jié)理裂隙、破碎帶及各分層厚度等。根據(jù)試驗(yàn)巷道的選擇依據(jù)以及礦方的實(shí)際需求，在116101綜采工作面運(yùn)輸巷內(nèi)進(jìn)行頂板鉆孔窺視。測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

圖1 116101工作面運(yùn)輸巷頂板探測(cè)點(diǎn)布置圖

2)試驗(yàn)工序。a)在實(shí)驗(yàn)巷道內(nèi)定點(diǎn)，兩孔之間相隔100 m。頂孔規(guī)格：孔深8 m，直徑32 mm，要求對(duì)沖洗孔內(nèi)巖屑，防止巖屑阻擋觀測(cè)視線，影響窺視效果，對(duì)孔位置進(jìn)行標(biāo)記。b)打完孔后待孔內(nèi)積水淋干，將探頭伸入被測(cè)鉆孔內(nèi)部，對(duì)照液晶顯示器上的圖像，慢慢向內(nèi)移動(dòng)探頭，做好影像的存儲(chǔ)工作。c)根據(jù)實(shí)測(cè)鉆孔錄像，同時(shí)參照礦區(qū)實(shí)測(cè)鉆孔資料，繪制頂板鉆孔柱狀圖及頂板巖層對(duì)比剖面圖，進(jìn)行理論分析。

1.3 探測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

1)探測(cè)結(jié)果。在116101工作面運(yùn)輸巷內(nèi)設(shè)14個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)鉆孔柱狀圖進(jìn)行匯總。從14個(gè)測(cè)點(diǎn)的柱狀圖中選取部分比較有代表性的柱狀圖及頂板巖層對(duì)比剖面圖見(jiàn)圖2，巖層探測(cè)視頻截圖見(jiàn)圖3。

2)探測(cè)結(jié)果分析。a)頂煤情況：留很少頂煤或不留頂煤。b)頂板巖性：主要以砂質(zhì)泥巖和粉砂巖為主，其力學(xué)參數(shù)較高，但是遇水容易水解，遇風(fēng)容易風(fēng)化，從而造成巖體巖石力學(xué)強(qiáng)度的降低，導(dǎo)致巷道容易出現(xiàn)冒頂或底臌現(xiàn)象;層理較為發(fā)育，粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖、細(xì)砂巖互層較多，分層厚度小，影響頂板穩(wěn)定性。c)節(jié)理裂隙情況：在頂板較淺部有相對(duì)比較連續(xù)的小裂隙帶，深部裂隙較少，但最大破碎厚度超過(guò)5 cm，離層現(xiàn)象嚴(yán)重;隨著工作面的推進(jìn)，采動(dòng)影響成為頂板巖層破壞的重要因素，裂隙可能會(huì)更加發(fā)育，深部節(jié)理裂隙也可能出現(xiàn)。

2 巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

由頂板探測(cè)結(jié)果可知，116101工作面運(yùn)輸巷頂板巖層變化較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性相對(duì)較好，但由于粉砂巖、砂質(zhì)泥巖本身巖性的特點(diǎn)，巷道頂板應(yīng)采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式。具體支護(hù)參數(shù)如下：錨桿選用左旋無(wú)縱肋金屬螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，頂部錨桿規(guī)格為d20 mm×2 500 mm，幫部錨桿規(guī)格為d20 mm×2 200 mm，頂、幫部錨桿均使用2節(jié)樹(shù)脂藥卷;錨桿間、排距800 mm×800 mm，“矩形”布置，每根錨桿充填Z2370的樹(shù)脂藥卷2節(jié)，全長(zhǎng)錨固;拱部及幫部錨桿配套的鐵托板規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm;幫部錨桿外加木托板，規(guī)格為400 mm×200 mm×50 mm，安裝時(shí)，幫部鐵托板安裝在木托板上面，木托板短邊垂直于巷道底板。拱部掛鋼筋網(wǎng)，幫部掛塑料網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)由d6.5 mm鋼筋加工而成，規(guī)格為8 700 mm×800 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm，幫部塑料網(wǎng)，塑料網(wǎng)規(guī)格為10 000 mm×1 200 mm，要求金屬網(wǎng)長(zhǎng)邊對(duì)接，金屬網(wǎng)短邊與塑料網(wǎng)搭接100 mm，使用14#鉛絲扣扣相連;鋼帶選用d16 mm圓鋼焊接，規(guī)格為7 280 mm×80 mm。采用錨索桁架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，錨索桁架有兩套錨索及2.4 m的14#熱軋輕型槽鋼梁組合形成，錨索規(guī)格為d17.8 mm×5 500 mm，沿巷道方向3列布設(shè)，錨索間、排距2 200 mm×2 000 mm，每根錨索填充Z2370的樹(shù)脂藥卷3節(jié)及1個(gè)鋼托板錨固。噴射砂漿厚度為50 mm，砂漿強(qiáng)度為M7.5。

3 巷道礦壓顯現(xiàn)活動(dòng)規(guī)律

采用對(duì)試驗(yàn)巷道頂?shù)装寮皟蓭捅砻嫖恢靡平窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。巷道表面位移指在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，巷道頂?shù)装寮皟蓭烷g的相對(duì)位置移近量，它是圍巖與支護(hù)相互作用的結(jié)果，也是評(píng)價(jià)巷道支護(hù)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。測(cè)量巷道表面位移的目的是要了解巷道表面位移隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而得出巷道圍巖活動(dòng)與支護(hù)參數(shù)之間的關(guān)系，為巷道合理的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

在巷道掘進(jìn)穩(wěn)定階段，對(duì)試驗(yàn)礦井116101工作面運(yùn)輸巷內(nèi)從距離巷道口2 000 m開(kāi)始，在頂板探測(cè)試驗(yàn)地點(diǎn)附近，每100 m布置1個(gè)測(cè)站，共布置10個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站包括頂?shù)装寮皟蓭捅砻嫖灰苾山M測(cè)點(diǎn)。用十字交叉法測(cè)量巷道頂?shù)装寮皟蓭偷南鄬?duì)移近量。測(cè)量時(shí)將兩幫線繩拉緊，頂部線繩自然垂直懸空。利用鋼卷尺量取頂?shù)装寮皟蓭鸵平俊?/p>

觀測(cè)初期應(yīng)每天觀測(cè)一次，并及時(shí)處理數(shù)據(jù)，在變形逐步趨于穩(wěn)定時(shí)可逐漸加大觀測(cè)周期。共觀測(cè)1個(gè)月，共30組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)匯總見(jiàn)表2。

表2 各測(cè)站頂?shù)装寮皟蓭鸵平拷y(tǒng)計(jì)表 /mm

由表2數(shù)據(jù)可以看出，頂?shù)装遄畲笠平堪l(fā)生在第9測(cè)站處為62 mm，最小移近量發(fā)生在第1測(cè)站處為32 mm，平均位移量為42～51 mm，變化范圍較小。兩幫最大移近量發(fā)生在第9測(cè)站處為49 mm，最小移近量發(fā)生在第2測(cè)站處為31 mm，平均位移量為37～43 mm。同時(shí)，還可以看出，從巷道口往工作面方向，頂?shù)装寮皟蓭鸵平坑衅筅厔?shì)，這是由于受工作面采動(dòng)影響，圍巖活動(dòng)加劇。

4 結(jié)論

1)116101工作面運(yùn)輸巷頂板巖層主要為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖等，力學(xué)參數(shù)較高，頂板較穩(wěn)定，但容易風(fēng)化和水解，故在巷道掘進(jìn)后期，頂板穩(wěn)定性會(huì)有所下降，維護(hù)成本較高。

2)現(xiàn)有巷道支護(hù)參數(shù)適應(yīng)頂板及兩幫圍巖的礦壓活動(dòng)規(guī)律，在保證安全的前提下，支護(hù)效果良好，支護(hù)成本符合礦井生產(chǎn)實(shí)際情況。

3)該運(yùn)輸巷道受工作面采動(dòng)影響較明顯，在巷道掘進(jìn)穩(wěn)定后期及工作面回采階段，應(yīng)做好巷道支護(hù)設(shè)施的檢查維護(hù)工作，防止因?yàn)橄锏懒芩L(fēng)化導(dǎo)致頂板巖層強(qiáng)度降低、支護(hù)設(shè)施老化破損等安全隱患的發(fā)生。局部應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，以抵抗工作面靠近所帶來(lái)的應(yīng)力集中等影響。

［1］ 陳炎光，錢(qián)鳴高.中國(guó)煤礦采場(chǎng)圍巖控制［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994：133－142.

［2］ 錢(qián)鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：50－52.

［3］ 申金生，郭院成.地下巷道圍巖變形規(guī)律的實(shí)測(cè)研究［J］.建筑科學(xué)，2011(3)：22－23.