朱貴禎

（冀中能源張礦集團(tuán)宣東礦，河北 張家口 075000）

張家口宣東礦位于河北省張家口市宣化區(qū)東南，礦井開(kāi)采深度800m以上，為高瓦斯突出礦井，井田煤系地層為侏羅系中統(tǒng)下花園組，巖性主要由泥巖、粉砂巖加少量炭質(zhì)泥巖組成，圍巖條件較差。隨著采掘工程的進(jìn)行,回采巷道由于支護(hù)參數(shù)不合理造成巷道短時(shí)間破壞、變形，每月整修、極大浪費(fèi)了人力、財(cái)力和物力，同時(shí)也造成了冒頂隱患。為研究回采工作面采動(dòng)對(duì)兩巷礦壓顯現(xiàn)情況,判別回采期間巷道圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，驗(yàn)證巷道錨桿的支護(hù)參數(shù)設(shè)定是否合理，決定在Ⅲ3306回采工作面進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)、研究。

1 工作面概況

宣東礦井田為一NE走向、SE傾向的單斜構(gòu)造，地層平緩，傾角5°～15°，井田內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，落差在30m以上的斷層僅有一條(F2)，且為井田邊界，落差小于5m的小斷層較為發(fā)育。共有5層可采煤層，其中較穩(wěn)定可采的煤層為侏羅系下統(tǒng)下花園組Ⅲ3、Ⅴ2煤層，分2個(gè)開(kāi)采水平，正在開(kāi)采-230水平Ⅲ3煤層，井田內(nèi)巖漿巖侵入比較廣泛，主要位于9勘探線以東煤系地層中厚度約240m的輝綠巖巖床和9勘探線以西的輝綠巖巖脈，位于Ⅲ3煤層頂30.38～102.72m，平均距Ⅲ3煤層54.72m。礦井最大水平主應(yīng)力64.93～73.61MPa，側(cè)壓系數(shù)在2.62～3.49，該礦水平構(gòu)造應(yīng)力占主導(dǎo)地位，最大剪應(yīng)力較大（20.07～24.81MPa），屬于高地應(yīng)力礦井。Ⅲ3306回采工作面屬于Ⅲ3煤層三采區(qū)工作面，埋深800m，平均煤厚2.4m，傾角5°，煤層堅(jiān)固系數(shù)0.52。直接頂厚2.05m，硬度4.73，基本頂厚9.3m，直接底和基本底厚10.12m，硬度4.34，均為粉細(xì)砂巖互層。工作面走向長(zhǎng)570m，傾斜長(zhǎng)160m，采用單一走向長(zhǎng)壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，采空區(qū)頂板處理采用全部垮落法。

2 礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 工作面礦壓監(jiān)測(cè)方法選擇

目前礦山壓力研究常用的方法有三種[1-2]：數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法、模擬試驗(yàn)方法、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，本礦選擇現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法是根據(jù)地下開(kāi)采活動(dòng)引起的礦山壓力顯現(xiàn)的特征，直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)和記錄，利用各種儀器儀表量測(cè)支架載荷、巖體變形位移、巖體內(nèi)應(yīng)力、巖體力學(xué)特性等數(shù)值大小，從而可以分析得到地質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)因素與礦山壓力顯現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系，用以解決實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)，在匯總大量觀測(cè)數(shù)據(jù)與調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，將能總結(jié)出礦山壓力的普遍規(guī)律，促進(jìn)礦山壓力理論研究的發(fā)展[3-4]。

2.2 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

本研究項(xiàng)目采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）工程力學(xué)測(cè)試技術(shù)研究所最新研發(fā)的KJ624煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5-6]，對(duì)306軌道順槽巷道圍巖變形、圍巖應(yīng)力及兩幫錨桿應(yīng)力進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)306回風(fēng)斜巷部分巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)306工作面回采過(guò)程中所引起的礦壓顯現(xiàn)及變形規(guī)律，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬、數(shù)值分析與理論分析相結(jié)合，研究巷道圍巖活動(dòng)規(guī)律，建立由監(jiān)測(cè)到預(yù)測(cè)的新方法，為支護(hù)設(shè)計(jì)、煤柱設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：

（1）離層位移監(jiān)測(cè)。對(duì)實(shí)驗(yàn)巷道的頂板、兩幫隨工作面回采而產(chǎn)生的變形及離層量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（2）錨桿拉力監(jiān)測(cè)。對(duì)實(shí)驗(yàn)巷道的頂板、側(cè)幫錨桿隨工作面回采的拉力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)。對(duì)實(shí)驗(yàn)巷道側(cè)幫的煤巖體隨工作面回采的應(yīng)力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為了研究306軌道順槽巷道在306工作面回采過(guò)程中的圍巖變形及礦壓變化規(guī)律，依據(jù)306軌道順槽設(shè)計(jì)方案示意圖及現(xiàn)場(chǎng)施工情況對(duì)礦壓監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)做如下設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1、2）。

圖1 306巷道礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)圖

（1）離層位移監(jiān)測(cè)布置

在306軌道順槽巷道右?guī)停后w一側(cè)）布設(shè)3個(gè)位移監(jiān)測(cè)儀，分別位于采位67m、140m和152m處。

在306軌道順槽巷道頂板布設(shè)4個(gè)位移監(jiān)測(cè)儀，分別位于采位67m、100m、117m和146m處。

在306軌道順槽巷道左幫（工作面一側(cè)）布設(shè)5個(gè)位移監(jiān)測(cè)儀，分別位于采位67m、100m、117m、140m和152m處。

（2）錨桿拉力監(jiān)測(cè)布置

在306軌道順槽巷道頂板布設(shè)6個(gè)礦用錨桿（索）應(yīng)力傳感器，分別位于采位55m、67m、100m、117m、146m和152m處。

在306軌道順槽巷道左幫布設(shè)6個(gè)GMY300礦用錨桿（索）應(yīng)力傳感器，分別位于采位55m、67m、100m、117m、146m和152m處。

（3）圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)布置

在306軌道順槽巷道右?guī)停后w一側(cè)）布設(shè)2個(gè)GPD礦用壓力傳感器，分別位于采位55m和67m處。

在306軌道順槽巷道左幫（工作面一側(cè)）布設(shè)10個(gè)GPD礦用壓力傳感器，分別位于采位5m叉巷兩側(cè)、55m、67m、100m、117m、146m、152m、168m和178m處。

圖2 巷道斷面測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

3 礦壓監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

306采面試采結(jié)束后共推采7個(gè)月（見(jiàn)圖3），隨著采面推采在觀測(cè)地點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道離層、錨桿拉力及圍巖變化情況，一共9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，停采里程為76m，位于67m點(diǎn)和100m點(diǎn)中間，根據(jù)9個(gè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，選取以152m觀測(cè)點(diǎn)為例。

圖3 306回采工作面推采平面圖

3.1 離層位移監(jiān)測(cè)

觀測(cè)點(diǎn)距離工作面推采位置80m以上時(shí)，未受回采擾動(dòng)影響；距離工作面距離小于50m，觀測(cè)點(diǎn)處頂板離層位移開(kāi)始受到回采擾動(dòng)的影響，距離回采工作面約43m時(shí)，幫離層位移迅速增加，且增加速率加大，該點(diǎn)處最大離層位移90.5mm，處于巖體安全變形范圍之內(nèi)，位移變化見(jiàn)圖4。

圖4 152m點(diǎn)離層位移變化圖

3.2 錨桿拉力監(jiān)測(cè)

觀測(cè)點(diǎn)頂板錨桿前期拉力值較小，在36kN左右穩(wěn)定，在監(jiān)測(cè)后期距離回采工作面約50m時(shí)，頂板錨桿拉力有較明顯的增加，距離回采工作面約43m時(shí)，頂板錨桿拉力迅速增加，且增加速率加大，分析認(rèn)為此時(shí)該點(diǎn)處巖體應(yīng)力開(kāi)始受到回采擾動(dòng)的影響，且擾動(dòng)影響逐漸明顯。該點(diǎn)處錨桿最大拉力約182kN，處于錨桿抗拉強(qiáng)度范圍之內(nèi)。拉力變化見(jiàn)圖5。

圖5 152m點(diǎn)錨桿拉力變化圖

3.3 圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)

觀測(cè)點(diǎn)處巖體前期應(yīng)力值較小，在3MPa左右穩(wěn)定，在監(jiān)測(cè)后期距離回采工作面約50m時(shí)，巖體應(yīng)力有較明顯的增加，距離回采工作面約43m時(shí)，巖體應(yīng)力迅速增加，且應(yīng)力增加速率加大，分析認(rèn)為此時(shí)該點(diǎn)處巖體應(yīng)力開(kāi)始受到回采擾動(dòng)的影響，且擾動(dòng)影響逐漸明顯。該點(diǎn)處最大應(yīng)力約22.3MPa，處于巖體支護(hù)強(qiáng)度范圍之內(nèi)。應(yīng)力變化見(jiàn)圖6。

圖6 152m點(diǎn)圍巖應(yīng)力變化圖

4 結(jié)論

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知：306軌道順槽巷道超前礦壓顯現(xiàn)距離約為43m，此距離可作為預(yù)警距離，根據(jù)43m范圍內(nèi)巷道所受的應(yīng)力、位移變化情況，應(yīng)有針對(duì)性采取提高支護(hù)強(qiáng)度措施，如加密臨時(shí)單體支護(hù)、施工補(bǔ)強(qiáng)錨索。