李 濤

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厚煤層巷道礦壓監(jiān)測(cè)支護(hù)效果分析研究

李 濤

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦，山西 柳林縣 033399)

礦壓監(jiān)測(cè)是檢驗(yàn)巷道支護(hù)效果的主要方法之一，以凌志達(dá)礦1505厚煤層工作面為研究背景，對(duì)該工作面巷道在掘進(jìn)期間和回采期間進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)，分別從巷道圍巖變形及錨桿、錨索受力情況進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明：高強(qiáng)度、高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿支護(hù)技術(shù)在大斷面厚煤巷中的使用是可行的，在該礦能有效控制大斷面厚煤巷圍巖的變形，減少巷道的維修，支護(hù)效果良好。

厚煤層；巷道支護(hù)；礦壓觀測(cè)；支護(hù)效果

井工開(kāi)采中，井下巷道和工作面的支護(hù)設(shè)計(jì)是整個(gè)礦井生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)實(shí)際的礦井地質(zhì)生產(chǎn)條件，綜合考慮可能發(fā)生的各種情況，確定與礦井相適應(yīng)的支護(hù)設(shè)計(jì)，是其核心技術(shù)。如何確保支護(hù)設(shè)計(jì)的合理得當(dāng)，則需要在巷道支護(hù)后，進(jìn)行不間斷的礦壓觀測(cè)，確保巷道在經(jīng)歷掘進(jìn)和回采期間，圍巖變形在合理范圍內(nèi)，錨桿索受力在正常受力范圍內(nèi)。

本文以凌志達(dá)礦1505厚煤層工作面為研究背景，通過(guò)工作面礦壓觀測(cè)的方法，研究該工作面支護(hù)效果，研究成果可以檢驗(yàn)該礦1505工作面支護(hù)設(shè)計(jì)的合 理性。

1 礦壓觀測(cè)方案

凌志達(dá)煤礦現(xiàn)開(kāi)采15#煤層，屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，煤層傾角為1°~3°，厚度為2.56~6.00 m，平均4.22 m，含0~4層夾矸，夾矸厚0.05~0.93 m，平均0.46 m。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為2952 m，停采線(xiàn)230 m，可采走向長(zhǎng)度2722 m，傾斜長(zhǎng)度207 m，設(shè)計(jì)采高4.3 m。工作面采用一次采全高的采煤方法。

該煤礦1505工作面順槽采用高強(qiáng)度高預(yù)緊力錨桿錨索支護(hù)：錨桿為Φ22 mm×2400 mm高強(qiáng)螺紋鋼，每個(gè)斷面內(nèi)布置6根頂錨桿，距離巷幫250 mm，均勻布置在巷道頂板，間排距為1000 mm×800 mm；每個(gè)斷面內(nèi)8根幫錨桿，距離巷道頂板400 mm，距離巷道底板500 mm，錨桿水平布置，間排距為900 mm×800 mm。

(1) 掘進(jìn)期間礦壓監(jiān)測(cè)。在1505工作面回風(fēng)順槽SMG600型錨桿試驗(yàn)段的2360 m和2460 m附近安裝了錨桿錨索測(cè)力計(jì)和巷道表面位移觀測(cè)測(cè)站，用于監(jiān)測(cè)巷道掘進(jìn)階段和工作面回采階段錨桿錨索的受力變化、頂板離層和巷道表面位移變化情況。

(2) 回采期間礦壓監(jiān)測(cè)。在1505工作面回風(fēng)順槽距回采工作面50，100，150，200 m位置，分別安設(shè)4組表面位移觀測(cè)測(cè)站，測(cè)量回采期間巷道表面位移變化情況。

2 礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

2.1 掘進(jìn)期間礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

(1) 巷道表面位移監(jiān)測(cè)。1505回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間表面位移變化曲線(xiàn)如圖1所示。由圖1可知：第一測(cè)站巷道兩幫的移近量約為19 mm，該移近量占巷道總寬的0.3%，上幫移近量為11 mm，下幫移近量為8 mm。巷道頂?shù)装逯g的移近量為22 mm，該移近量占巷道設(shè)計(jì)高度的0.6%，其中，巷道底鼓量為14 mm，頂下沉量為8 mm。第二測(cè)站巷道變形量雖然在量上有較小的差異，但是基本上和第一觀測(cè)站觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，巷道支護(hù)達(dá)到了預(yù)期的效果。

(2) 錨桿受力監(jiān)測(cè)。錨桿受力監(jiān)測(cè)采用GYS-300錨桿測(cè)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第一綜合測(cè)站錨桿編號(hào)所對(duì)應(yīng)巷道斷面具體位置及錨桿受力曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。第二綜合測(cè)站錨桿編號(hào)所對(duì)應(yīng)巷道斷面具體位置及錨桿受力曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。由錨桿受力曲線(xiàn)可以看出：錨桿在巷道掘進(jìn)以后，整體受力較小，隨著巷道的掘進(jìn)以及時(shí)間的推移，錨桿受力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到一定程度以后，錨桿受力趨于穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)圖2可以看到，在距離掘進(jìn)工作面18 m以后錨桿所受到的應(yīng)力逐漸增大，直到掘進(jìn)工作面距離測(cè)站50 m以后才趨于穩(wěn)定。通過(guò)圖3可以看到，測(cè)站在布置以后錨桿所受到的應(yīng)力逐漸增大，直到掘進(jìn)工作面距離測(cè)站52 m以后才趨于穩(wěn)定。兩測(cè)站測(cè)得最大張力為104 kN，最小張力為53 kN。

(a) 第一綜合測(cè)站；(b) 第二綜合測(cè)站

圖2 1505回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間第一綜合測(cè)站各錨桿測(cè)力計(jì)分布及受力變化曲線(xiàn)

2.2 回采期間礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

在1505工作面回采期間，對(duì)第一綜合測(cè)站錨桿錨索受力進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖3 1505回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間第二綜合測(cè)站各錨桿測(cè)力計(jì)分布及受力變化曲線(xiàn)

從圖4可以看出，當(dāng)測(cè)站距工作面距離大于110 m時(shí)，隨著工作面的推進(jìn)錨桿受力變化很?。划?dāng)測(cè)站與工作面距離在110 m與70 m之間時(shí)，錨桿受力開(kāi)始產(chǎn)生一定的變化，有緩慢增加的趨勢(shì)；當(dāng)測(cè)站與工作面距離在70 m與20 m之間時(shí)，隨著工作面的回采，受工作面超前支撐應(yīng)力的影響，錨桿受力變化極為劇烈，存在突然增大或減小的現(xiàn)象；當(dāng)測(cè)站與工作面距離小于20 m時(shí)，靠近8104工作面采空區(qū)一側(cè)巷道頂板和側(cè)幫錨桿受力總體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，靠近1505工作面一側(cè)巷道頂板錨桿受力增加，側(cè)幫錨桿受力大幅降低。

從圖5可以看出，隨著工作面的回采錨索受力變化程度明顯小于錨桿受力變化程度，測(cè)站距工作面距離大于110 m時(shí)，隨著工作面的回采錨索受力變化很?。划?dāng)測(cè)站與工作面距離大概在110 m與47 m之間時(shí)，錨索受力出現(xiàn)一定的波動(dòng)；當(dāng)測(cè)站與工作面距離在47 m以?xún)?nèi)時(shí)，錨索受力隨著工作面的回采逐漸增大。總體來(lái)看，中間錨索受力變化程度小于兩側(cè)錨索受力變化程度。

在工作面回采期間，分別對(duì)1505回風(fēng)順槽回采工作面50，100，150，200 m位置進(jìn)行表面位移觀測(cè)，測(cè)量回采期間巷道表面位移變化情況(見(jiàn)圖6)。

圖6(a)為距離工作面前方50 m處開(kāi)始布置測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果，從圖6(a)可以看出，工作面受采動(dòng)影響較為明顯，隨著工作面的推進(jìn)，巷道頂?shù)装搴拖飵鸵平恐饾u增大，特別是距離工作面小于16 m時(shí)，工作面兩幫移近量為275 mm，頂板移近量為192 mm。

圖4 工作面回采期間1505回風(fēng)順槽錨桿受力變化曲線(xiàn)

圖5 工作面回采期間1505回風(fēng)順槽錨索受力變化曲線(xiàn)

圖6 回采期間1505回風(fēng)順槽各位置表面位移變化曲線(xiàn)

圖6(b)為距離工作面前方100 m處開(kāi)始布置測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果，從圖6(b)可以看出，工作面巷道在78 m以外的范圍基本上沒(méi)有太大變化，在78 mm以?xún)?nèi)的范圍，工作面受采動(dòng)影響較為明顯，隨著工作面的推進(jìn)，巷道頂?shù)装搴拖飵鸵平恐饾u增大，特別是距離工作面5 m時(shí)，工作面兩幫移近量為280 mm，頂板移近量為140 mm。

圖6(c)為距離工作面前方150 m處開(kāi)始布置測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果，從圖6(c)可以看出，工作面巷道在116 m以外的范圍基本上沒(méi)有太大變化，在116~50 mm范圍，工作面受采動(dòng)影響較為不明顯。在50~43 m范圍，表面移近量忽然增大。工作面受采動(dòng)影響較為明顯，隨著工作面的推進(jìn)，巷道頂?shù)装搴拖飵鸵平恐饾u增大，特別是距離工作面5 m時(shí)，工作面兩幫移近量為412 mm，頂板移近量為194 mm。

圖6(d)為距離工作面前方200 m處開(kāi)始布置測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果，從圖6(d)可以看出，工作面巷道在116 m以外的范圍基本上沒(méi)有太大變化，在116~70 mm范圍，工作面受采動(dòng)影響較為不明顯。在70~17 m范圍，表面移近量加劇。特別是距離工作面8 m時(shí)，工作面兩幫移近量為405 mm，頂板移近量為252 mm。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)凌志達(dá)煤礦1505工作面回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽和頂回風(fēng)巷在掘進(jìn)期間和回采期間進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)，從巷道圍巖變形及錨桿、錨索受力情況分析，表明高強(qiáng)度、高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿支護(hù)技術(shù)在大斷面厚煤巷中的使用是可行的，該項(xiàng)技術(shù)能有效控制大斷面厚煤巷圍巖的變形，減少巷道的維修，節(jié)約支護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效生產(chǎn)。

[1] 趙吉誠(chéng).厚煤層回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與礦壓觀測(cè)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2018(1):118?119.

[2] 秦慶舉,楊 眷.厚煤層回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與礦壓觀測(cè)研究[J].能源技術(shù)與管理,2016,41(S1):63?66.

[3] 朱德福.厚煤層回采巷道支護(hù)技術(shù)[D].太原:太原理工大學(xué),2015.

[4] 嚴(yán) 紅.厚煤層巷道頂板變形機(jī)理與控制技術(shù)[D].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2013.

[5] 耿獻(xiàn)文,王子升,林東才,等.厚煤層綜放煤巷錨桿支護(hù)礦壓觀測(cè)[J].礦山壓力與頂板管理,2002(2):48?50.

(2018?08?30)

李 濤(1991—)，男，山西平遙人，助理工程師，從事煤礦采煤技術(shù)工作,Email:125221395@qq.com。