張文權(quán)

（同煤集團(tuán) 同家梁礦，山西 大同 037003）

特厚煤層綜放開采時(shí)，覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律不同于常規(guī)開采煤層[1-4]。本文以大同礦區(qū)同家梁礦為研究背景，通過對(duì)回采巷道深部圍巖的鉆孔應(yīng)力監(jiān)測，分析巷道圍巖應(yīng)力的時(shí)空演化規(guī)律，為回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 工作面概況

同家梁礦8103工作面為北一盤區(qū)的第7個(gè)工作面，與8104工作面之間留設(shè)有38m寬的保護(hù)煤柱(圖1)。8103工作面對(duì)應(yīng)上覆為永定莊礦侏羅系 9#、11#、12#、14#和 15#層采空區(qū)，其中對(duì)應(yīng)侏羅系14#層為永定莊礦8218、8216等多個(gè)采空區(qū)，其間留有縱橫交錯(cuò)的巷間煤柱，與該層間距為139～147m。工作面煤層厚度15.2～25.92m，平均18.59m。煤層傾角為1～4°，平均為2°。8103工作面老頂為含礫粗砂巖及粉砂巖，直接頂為含礫粗砂巖，直接底為高嶺質(zhì)泥巖。5103巷為8103工作面回風(fēng)順槽，巷道斷面為矩形，凈寬5000mm，凈高3700mm。2103巷為8103工作面運(yùn)輸順槽，巷道斷面為矩形，凈寬5600mm，凈高3400mm。

圖1 8103、8104工作面位置關(guān)系

2 鉆孔應(yīng)力測定布置與設(shè)備安裝

分別在2103、5103巷道內(nèi)各布置2個(gè)監(jiān)測斷面。根據(jù)上覆侏羅系煤層殘留煤柱的分布特征，確定5103巷1#監(jiān)測斷面距離開切眼780m，2#監(jiān)測斷面距離開切眼1050m；確定2103巷3#監(jiān)測斷面距離開切眼450m，4#監(jiān)測斷面距離開切眼1030m。每個(gè)監(jiān)測斷面均布置巷道頂板離層監(jiān)測、錨桿(索)動(dòng)態(tài)錨固力監(jiān)測、煤柱應(yīng)力監(jiān)測。

通過在煤層或巖層中打水平鉆孔，將GMC20應(yīng)力傳感器安裝到鉆孔深部，煤層或巖層應(yīng)力直接作用到傳感器上，傳感器輸出信號(hào)通過二次儀表測量。通過觀測不同深度煤柱的應(yīng)力分布情況判斷與評(píng)價(jià)煤柱穩(wěn)定性。在1#～4#監(jiān)測斷面均設(shè)置區(qū)段煤柱應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)。各監(jiān)測斷面煤柱側(cè)幫在5～20m深度范圍布置3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)，回采側(cè)幫在5～30m深度范圍布置3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)，由于打鉆過程中鉆孔坍塌，部分測點(diǎn)未達(dá)到預(yù)定深度，實(shí)際測點(diǎn)布置見表1。

表1 巷道監(jiān)測設(shè)備安裝統(tǒng)計(jì)表

3 特厚煤層回采巷道鉆孔應(yīng)力演化規(guī)律研究

3.1 5103巷道鉆孔應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖2和圖3為1#監(jiān)測斷面和2#監(jiān)測斷面的錨桿(索)應(yīng)力變化曲線圖。由圖2可知，1#監(jiān)測斷面鉆孔應(yīng)力總體呈上升趨勢，8104工作面推過1#監(jiān)測斷面512m和569m時(shí)，對(duì)應(yīng)8104工作面第61次和第64次周期來壓，回采側(cè)18m鉆孔應(yīng)力和煤柱側(cè)5m深鉆孔應(yīng)力發(fā)生小幅度變化；隨著8104工作面繼續(xù)推進(jìn)，8104工作面的第65次、第68次、第70次、第73次和第75次周期來壓，對(duì)1#監(jiān)測斷面鉆孔應(yīng)力的變化影響明顯，應(yīng)力大小變化幅度較大。

圖2 1#監(jiān)測斷面(采位780m)實(shí)體煤幫鉆孔應(yīng)力變化

由圖3可知，2#監(jiān)測斷面鉆孔應(yīng)力整體呈上升趨勢，隨著8104工作面的推進(jìn)，8104工作面第61次、第64次、第66次、第68次、第70次、第73次和第75次周期來壓，對(duì)5103巷道2#監(jiān)測斷面鉆孔應(yīng)力變化影響明顯；應(yīng)力變化幅度相對(duì)5103巷1#監(jiān)測斷面較小，鉆孔應(yīng)力基本呈線性上升的趨勢。

圖3 2#監(jiān)測斷面(采位1050m)實(shí)體煤幫鉆孔應(yīng)力變化

3.2 2103巷道鉆孔應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖4和圖5為2103巷3#斷面、4#斷面處的離層變化曲線圖。由圖可以看出，部分鉆孔壓力較小，由于鉆孔應(yīng)力計(jì)安裝初期沒有被壓實(shí)。鉆孔應(yīng)力呈上升趨勢，3#監(jiān)測斷面在8104工作面第71次、第73次和第75次周期來壓鉆孔應(yīng)力變化顯著，4#監(jiān)測斷面在8104工作面第73次和第75次周期來壓鉆孔應(yīng)力變化顯著。

圖4 3#斷面(采位450m)實(shí)體煤幫鉆孔應(yīng)力變化

圖5 4#斷面(采位1030m)實(shí)體煤幫鉆孔應(yīng)力變化

4 結(jié)論

（1） 5103巷位于侏羅系煤柱下的1#監(jiān)測斷面鉆孔應(yīng)力變化幅度較大，受臨近采空區(qū)頂板運(yùn)動(dòng)及上部侏羅系煤柱影響，煤柱應(yīng)力發(fā)生躍遷頻繁。

（2）5103巷不同深度位置的煤柱受力狀態(tài)不同，越靠近采空區(qū)側(cè)煤柱受力越大，相對(duì)應(yīng)力值最大達(dá)5MPa，伴隨鄰近工作面的周期來壓，越靠近采空區(qū)的煤柱應(yīng)力周期性躍升越明顯。