常獻(xiàn)軍

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近距離煤層下層煤支護(hù)應(yīng)用與監(jiān)測

常獻(xiàn)軍

(南煤集團(tuán)有限公司，山西 陽泉市 045000)

近距離煤層由于其煤層間距小，導(dǎo)致諸多巷道布置及支護(hù)問題。采用現(xiàn)場監(jiān)測的方法，對(duì)下煤層3個(gè)典型位置處巷道的工程監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：錨桿受力變化范圍10~60 kN左右，均值約為35 kN左右，錨桿的預(yù)緊力和工作載荷總體偏低。因此應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，提高錨桿安裝質(zhì)量，增強(qiáng)錨桿錨固力。

近距離煤層；現(xiàn)場監(jiān)測；支護(hù)優(yōu)化

近距離煤層由于其煤層間距小，導(dǎo)致諸多巷道布置及支護(hù)問題。本文以爐峪口煤礦8#與9#近距離煤層為研究背景，采用現(xiàn)場監(jiān)測的方法，對(duì)3個(gè)典型位置處巷道的工程監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比監(jiān)測結(jié)果為這3個(gè)典型位置處的巷道提供具有針對(duì)性的支護(hù)優(yōu)化手段。

1 錨桿工作載荷監(jiān)測結(jié)果

南莊礦8#煤層與9#煤層為極近距離煤層，煤層平均間距為7.5 m。工作面9#煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，煤層平均厚度為1.48 m。煤層比較穩(wěn)定，有0~3層夾矸，頂板多為砂質(zhì)泥巖，底板以泥巖為主，為全區(qū)穩(wěn)定的可采煤層。巷道采用矩形斷面，凈斷面寬為4 m，凈高2.8 m，凈斷面面積為11.2 m2。

南莊礦在煤層下行開采過程中，9#煤層由于受到上覆8#煤層回采結(jié)束所形成的采空區(qū)煤柱的影響，在 8#煤層采空區(qū)不同位置形成了3個(gè)典型而又有代表性的巷道：采空區(qū)下方，采空區(qū)煤柱下方，8#煤回采影響的實(shí)體煤下方。由于位于不同位置，巷道在掘進(jìn)之后，圍巖中的應(yīng)力分布狀況不同，所以有必要分別采用相應(yīng)的支護(hù)方案。

3個(gè)典型位置處巷道的工程監(jiān)測結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，位于采空區(qū)下方的巷道中的錨桿，其工作載荷在整個(gè)監(jiān)測過程中幾乎不出現(xiàn)波動(dòng)，基本維持在安裝時(shí)的水平；位于采空區(qū)煤壁下方巷道中的錨桿，其工作載荷在整個(gè)監(jiān)測過程中均不斷增大，直至監(jiān)測結(jié)束仍有上升的趨勢(shì)；位于實(shí)體煤下方的巷道中的錨桿，其工作載荷在監(jiān)測初期出現(xiàn)了較大幅度的增長，但在監(jiān)測過程的中后期基本維持不變。

以上監(jiān)測結(jié)果表明，采空區(qū)下方圍巖中的應(yīng)力由于得到了上覆采空區(qū)的釋放，巷道中錨桿工作載荷較小，在錨桿的整個(gè)工作過程中，巷道幾乎無變形，錨桿工作載荷不出現(xiàn)增長，巷道易于支護(hù)；采空區(qū)煤壁下方的巷道因?yàn)槭艿缴细裁褐a(chǎn)生的應(yīng)力升高區(qū)域的作用，巷道圍巖中的應(yīng)力產(chǎn)生了強(qiáng)烈的集中現(xiàn)象，巷道圍巖的變形較大，導(dǎo)致錨桿工作載荷持續(xù)增長，巷道難于支護(hù)；實(shí)體煤下方的巷道在剛開挖時(shí)，由于圍巖中應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致監(jiān)測初期產(chǎn)生一定的變形，后期隨著應(yīng)力的釋放完成，巷道變形逐漸穩(wěn)定下來，表現(xiàn)在錨桿工作載荷在監(jiān)測前期出現(xiàn)一定的增長，后期穩(wěn)定下來，巷道不受上覆煤柱產(chǎn)生的應(yīng)力升高區(qū)域的影響，巷道也較易于支護(hù)。

圖1 3個(gè)典型位置處巷道錨桿工作載荷時(shí)間曲線對(duì)比

從南莊礦錨桿工作載荷監(jiān)測結(jié)果總體來看，錨桿受力變化范圍為10~60 kN左右，均值約為35 kN左右。監(jiān)測結(jié)果說明，錨桿的預(yù)緊力和工作載荷總體偏低。預(yù)緊力偏低往往是由于錨桿安裝初期沒有足夠的預(yù)應(yīng)力，因此應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，提高錨桿安裝質(zhì)量；錨桿工作載荷偏低除巷道圍巖應(yīng)力較小外，與錨桿的錨固質(zhì)量有直接關(guān)系，因此應(yīng)重視提高錨桿錨固力，如錨固劑質(zhì)量、錨固長度以及錨桿攪拌安裝質(zhì)量等。

2 錨索工作載荷監(jiān)測結(jié)果

錨索工作載荷監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 3個(gè)典型位置處巷道錨索工作載荷時(shí)間曲線對(duì)比

由圖2可知，位于采空區(qū)下方的巷道中的錨索，其工作載荷在整個(gè)監(jiān)測過程中幾乎不出現(xiàn)波動(dòng)，基本維持在安裝時(shí)的水平，峰值為88 kN；位于采空區(qū)煤壁下方巷道中的錨索,其工作載荷在整個(gè)監(jiān)測過程中都不斷增大，直至監(jiān)測結(jié)束后仍有增大的趨勢(shì)，峰值達(dá)到了199.75 kN；位于實(shí)體煤下方的巷道中的錨索，其工作載荷在監(jiān)測初期出現(xiàn)了較大幅度的增長，但在監(jiān)測過程的后期趨于平緩，峰值為192.36 kN。

以上監(jiān)測結(jié)果表明，采空區(qū)下方圍巖中的應(yīng)力由于得到了上覆采空區(qū)的釋放，巷道中錨索的工作載荷較小，在錨索的整個(gè)工作過程中，巷道頂板下沉量較小，錨索工作載荷幾乎不出現(xiàn)增長；采空區(qū)煤壁下方的巷道因?yàn)槭苌细裁褐a(chǎn)生的應(yīng)力升高區(qū)域的作用，巷道圍巖產(chǎn)生劇烈的應(yīng)力集中現(xiàn)象，巷道頂板下沉量較大，錨索工作載荷持續(xù)增長，巷道難于支護(hù)，直到監(jiān)測結(jié)束時(shí)工作載荷依然呈上升趨勢(shì)；實(shí)體煤下方的巷道不受上覆煤柱產(chǎn)生的應(yīng)力升高區(qū)域的影響，在巷道剛開挖時(shí)，由于圍巖中應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致監(jiān)測初期產(chǎn)生一定的變形，后期隨著應(yīng)力的釋放完成，巷道變形逐漸穩(wěn)定下來，表現(xiàn)在錨索工作載荷在監(jiān)測前期出現(xiàn)一定的增長，后期穩(wěn)定下來。3條巷道中錨索的工作載荷峰值為199.75 kN，表明巷道中錨索的工作載荷較大，需加強(qiáng)巷道中錨索的支護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)增大錨索直徑，增大支護(hù)體系的安全系數(shù)及可靠性。

從南莊礦巷道頂板錨索工作載荷總體監(jiān)測結(jié)果來看，所受監(jiān)測的錨索預(yù)應(yīng)力均值最大為102.79 kN左右，最小為40 kN左右，錨索平均預(yù)應(yīng)力為70 kN左右。錨索的最大工作載荷為200 kN左右，錨索平均工作載荷為150 kN左右。頂板所用Φ17.8 mm錨索預(yù)應(yīng)力應(yīng)達(dá)到95~119.2 kN。而南莊礦9#煤層3條大巷中頂板錨索平均預(yù)應(yīng)力僅為70 kN左右，僅能達(dá)到屈服載荷的29.4%，從而影響錨索的整體錨固作用。分析錨索預(yù)應(yīng)力偏低的原因，主要是由于錨索安裝時(shí)張拉設(shè)備或張拉工藝存在問題，應(yīng)確保錨索預(yù)應(yīng)力達(dá)到95~119.2 kN。

3 結(jié) 論

以爐峪口煤礦8#、9#近距離煤層為研究背景，利用現(xiàn)場監(jiān)測的方法，對(duì)3個(gè)典型位置處巷道的工程監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。主要結(jié)論如下：

(1) 錨桿受力變化范圍為10~60 kN左右，均值為35 kN左右，錨桿的預(yù)緊力和工作載荷總體偏低。因此應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，提高錨桿安裝質(zhì)量，增強(qiáng)錨桿錨固力。

(2) 由南莊礦巷道頂板錨索工作載荷總體監(jiān)測結(jié)果可知，所受監(jiān)測的錨索預(yù)應(yīng)力均值最大為102.79 kN左右，最小為40 kN左右，錨索平均預(yù)應(yīng)力為70 kN左右，僅能達(dá)到屈服載荷的29.4%，從而影響錨索的整體錨固作用，應(yīng)確保錨索預(yù)應(yīng)力達(dá)到95~119.2 kN。

[1] 徐 強(qiáng),寧建國,劉學(xué)生,等.淺埋近距離煤層回采巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭工程,2017,49(12):120?123.

[2] 程志恒,齊慶新,孔維一,等.近距離煤層群下位煤層沿空留巷合理布置研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2015,32(3): 453?458.

[3] 張勝云,何 峰.近距離下煤層安全開采礦壓監(jiān)測[J].煤礦安全, 2012,43(2):25?28.

[4] 張偉光,楊長德,謝峰震,等.基于正交試驗(yàn)的近距離煤層回采巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)[J].煤炭工程,2016,48(6):61?64.

[5] 石增榮.近距離煤層開采下巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2017,45(8):153?158.

(2018?07?29)

常獻(xiàn)軍(1982—)，男，山西左權(quán)人，助理工程師，主要從事采礦工程研究與生產(chǎn)，Email:253181114@qq.com。