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        綜采工作面回風順槽切頂卸壓礦壓監(jiān)測分析

        2019-08-01 09:21:04宋建軍
        山西化工 2019年3期
        關鍵詞:順槽回風順切頂

        宋建軍

        (1.山西煤炭運銷集團陽泉有限公司,山西 陽泉 045000;2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司,山西 太原 030006)

        聚能爆破切頂卸壓是巷道支護技術的一項重大改革。該技術已在很多礦井應用成功,具有減少巷道維修量、降低掘進率及生產(chǎn)成本的優(yōu)點,是未來礦井發(fā)展所需的一項重要技術[1-4]。本次進行切頂卸壓實驗后,對巷道礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究,對聚能爆破切頂卸壓的效果進行驗證。

        1 概況

        9107工作面井下位于井田南部,北部為9108工作面,東部為采區(qū)回風大巷,西部為礦界保護煤柱。地表地形屬丘陵階地,地面標高1 271 m~1 290 m。井下工作面標高為1 105 m~1 120 m之間,9107工作面煤層埋藏深度為166 m~170 m,該工作面煤層平均厚度3.4 m,煤層傾角平均6°。

        9107工作面推進長360 m,工作面切眼傾斜長152 m,回采面積54 720 m2,布置有進風順槽、回風順槽、開切眼三條巷道。地面無公路、耕地、房屋等建構筑物及其它設施。9107進風順槽斷面尺寸為寬4.5 m,高3.15 m,凈斷面積14.175 m2;9107回風順槽斷面尺寸為寬4.5 m,高3.15 m,掘進斷面積14.175 m2;兩順槽均采用W型鋼帶+金屬網(wǎng)+錨桿+錨索聯(lián)合支護。

        本煤礦工作面區(qū)段保護煤柱留設20 m以上,但順槽在遇到采動影響時,鄰近工作面開采時側向支承壓力和現(xiàn)采工作面超前支承壓力在區(qū)段保護煤柱上方及其周圍出現(xiàn)疊加引起應力集中,從而使得區(qū)段保護煤柱及其順槽巷發(fā)生變形、幫鼓、底鼓等現(xiàn)象,增加了巷道維護難度。為解決此類問題,在9107綜采工作面回風順槽實施爆破切頂卸壓,以解決9107回風順槽及相鄰9108工作面進風順槽的動壓影響。

        通過切頂卸壓對工作面靠近護巷煤柱側頂板提前預裂,將懸臂梁切落,以減小懸臂梁上覆荷載及回轉變形力,從而切斷或大大減小巖梁傳遞到護巷煤柱和預留巷道內的荷載,實驗的效果通過對兩個順槽進行礦壓監(jiān)測進行驗證。

        本次礦壓監(jiān)測的內容包括9107回風順槽、9108進風順槽頂板離層、頂?shù)装逡平?、支護載荷觀測分析、兩順槽間煤柱內應力分布情況。

        2 巷道礦壓監(jiān)測方案

        9107回風順槽和9108進風順槽長度均為330 m,分別從巷道開口起,布置測站并編號。9107回風順槽和9108進風順槽各布置3組錨桿(索)應力測站,每組布置4套錨桿應力計,頂板2套,兩幫各1套;2套錨索應力計,以觀測錨桿、錨索受力狀態(tài)。

        圖1為測站布置示意圖,9107回風順槽200 m處和9108進風順槽300 m處各布置一組煤柱應力計,孔深分別為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m,以觀測煤柱內應力分布情況。

        圖1 測站布置示意圖

        觀測系統(tǒng)采用KJ504煤礦頂板在線監(jiān)測系統(tǒng),在9108工作面進風順槽口布置1臺礦用分站,錨桿錨索支護載荷和煤柱內應力變化監(jiān)測共用1臺分站,每兩個小時上傳一次數(shù)據(jù),每周進行一次數(shù)據(jù)拷貝。

        3 礦壓數(shù)據(jù)分析

        從圖2中可以看出,9107回風順槽100 m處綜合測站內,錨桿(索)應力計安裝后的初始應力值均變化不大。第一階段從2018年1月23日至6月23日,呈極緩慢上升態(tài)勢,測站內煤柱幫幫錨桿應力為17 kN~24 kN;靠煤柱幫頂錨桿應力為11 kN~13 kN;靠煤柱幫頂錨索應力達到22 kN~28 kN;靠回采幫頂錨索應力達到17 kN~24 kN;靠回采幫頂錨桿應力為7 N~10 N;回采幫錨桿應力達到5 kN~7 kN。第二階段自2018年6月24日開始至7月16日,當工作面推進至回風順槽200 m時,測站斷面內錨桿、錨索的應力開始上升,至7月16日,工作面回采至回風順槽145 m處時,煤柱側幫錨桿應力達到43 kN;靠煤柱幫頂錨桿應力達到20 kN;靠煤柱幫頂錨索應力達到39 kN;靠回采幫頂錨索應力達到31 kN;靠回采幫頂錨桿應力達到20 kN;回采幫錨桿應力達到9 kN。

        圖2 9107工作面回風順槽100 m處測站監(jiān)測曲線

        從圖3中可以看出,第一階段從2018年1月23日至6月15日,呈極緩慢上升態(tài)勢,測站內煤柱幫幫錨桿應力為20 kN~25 kN;靠煤柱幫頂錨桿應力為4 kN~5 kN;靠煤柱幫頂錨索應力為34 kN~38 kN;靠回采幫頂錨索應力達到19 kN左右;靠回采幫頂錨桿應力為4 kN~8 kN;回采幫錨桿應力達到2 kN~5 kN。第二階段自2018年6月16日開始至6月24日,當工作面推進至回風順槽235 m時,測站斷面內錨桿、錨索的應力開始上升,至6月24日,煤柱側幫錨桿應力達到42 kN;靠煤柱幫頂錨桿應力達到4 kN;靠煤柱幫頂錨索應力達到42 kN;靠回采幫頂錨索應力由18 kN降低至10 kN;靠回采幫頂錨桿應力達到10 kN;回采幫錨桿應力達到17 kN。

        從圖4中可以看出,第一階段從2018年1月23日至4月10日,呈極緩慢上升態(tài)勢,測站內煤柱幫幫錨桿應力為12 kN~16 kN;靠煤柱幫頂錨桿應力為12 kN~16 kN;靠煤柱幫頂錨索應力為34 kN~38 kN;靠回采幫頂錨索應力為31 kN~34 kN;靠回采幫頂錨桿應力為9 kN~11 kN;回采幫錨桿應力達到12 kN~16 kN。第二階段自2018年4月11日開始至5月24日,當工作面推進至回風順槽285 m時,測站斷面內錨桿、錨索的應力開始上升,至5月24日,煤柱側幫錨桿應力達到24 kN;靠煤柱幫頂錨桿應力達到34 kN;靠煤柱幫頂錨索應力達到50 kN;靠回采幫頂錨索應力達到50 kN;靠回采幫頂錨桿應力達到11 kN;回采幫錨桿應力達到16 kN。

        圖3 9107工作面回風順槽200 m處測站監(jiān)測曲線

        圖4 9107工作面回風順槽300 m處測站監(jiān)測曲線

        從第123頁圖5中可以看出,從2018年1月23日至6月24日,呈極緩慢上升態(tài)勢,測站內煤柱幫幫錨索應力為8 kN~13 kN,近煤柱幫頂錨索應力為9 kN~14 kN,遠煤柱幫頂錨索應力為48 kN~50 kN,遠回采幫頂錨索應力為12 kN~16 kN,近回采幫頂錨索應力為11 kN~14 kN,回采幫錨桿應力達到4 kN~9 kN。

        從第123頁圖6中可以看出,從2018年1月23日至6月24日,呈極緩慢上升態(tài)勢,測站內煤柱幫幫錨索從1月23日至6月8日應力為76 kN~82 kN,但是6月9日9107工作面回采至回風順槽250 m處時,應力開始顯著增大,至6月24日達到108 kN;近煤柱幫頂錨索應力為60 kN~67 kN;遠煤柱幫頂錨索應力為54 kN~60 kN;遠回采幫頂錨索應力為62 kN~70 kN;近回采幫頂錨索應力為52 kN~61 kN;回采幫錨桿應力達到7 kN~15 kN。

        圖5 9108工作面進風順槽100 m處測站監(jiān)測曲線

        圖6 9108工作面進風順槽200 m處測站監(jiān)測曲線

        從圖7中可以看出,從2018年1月23日至6月24日,呈極緩慢上升態(tài)勢,測站內煤柱幫幫錨索從1月23日至5月24日應力為30 kN~43 kN,但是5月24日9107工作面回采至回風順槽270 m處時,應力開始顯著增大,至6月24日達到205 kN;近煤柱幫頂錨索應力為31 kN~55 kN;遠煤柱幫頂錨索應力為45 kN~70 kN;遠回采幫頂錨索應力為44 kN~61 kN;近回采幫頂錨索應力為55 kN~65 kN;回采幫錨桿應力達到4 kN~74 kN。

        從圖8中可以看出,從2018年1月23日至6月24日,測站區(qū)域煤柱內2 m、4 m、8 m、10 m處煤柱應力變化不大,數(shù)值增長幅度在0.1 MPa~0.3 MPa左右;6 m處煤柱應力在6月19日,9107工作面回采至回風順槽225 m處,數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)增長,至6月24日,9107工作面回采至回風順槽200 m處,達到9.3 MPa。

        由圖9可知,從2018年1月23日至6月24日,測站區(qū)域煤柱內2 m、6 m、8 m處煤柱應力變化不大,數(shù)值增長幅度在0.1 MPa~0.2 MPa左右;4 m處煤柱應力在1月26日,9107工作面回采至回風順槽300 m處,數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)增長,至6月8日,9107工作面回采至回風順槽250 m處,達到1.3 MPa;至6月23日,9107工作面回采至回風順槽200 m處,降低至1 MPa,趨于穩(wěn)定狀態(tài)。10 m處煤柱應力在4月10日,9107工作面回風順槽285 m處,數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)增長,至5月30日,9107工作面回采回風順槽265 m處,達到4.4 MPa;至6月8日,9107工作面回采回風順槽255 m處,降低到2.5 MPa;至6月10日,9107工作面回風順槽245 m處,又升高至7.1 MPa,至6月23日,應力呈逐漸下降趨勢,降低至2.5 MPa。

        圖7 9108工作面進風順槽300 m處測站監(jiān)測曲線

        圖8 9107工作面回風順槽200 m處煤柱應力監(jiān)測曲線

        圖9 9108工作面進風順槽300 m處煤柱應力監(jiān)測曲線

        4 結論

        1) 根據(jù)錨桿(索)受力載荷變化情況可知,9107綜采工作面回風順槽掘進期間安裝錨桿、錨索的預應力較小,受采動影響超前回采工作面35 m即有明顯應力增長。

        2) 因9107工作面采用了爆破切頂卸壓工藝,9108工作面進風順槽頂錨索、回幫錨桿受采動影響后,錨索、錨桿的受力變化不大,頂錨索的受力增長幅度較小,受動壓影響不明顯;但煤柱幫的錨索受力變化比較明顯,在9108進風順槽200 m處,煤柱幫錨索受力最大達到250 kN,因此,煤柱幫受動壓影響較明顯。

        3) 9107、9108工作面之間留設有25 m的保安煤柱,從煤柱應力監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,煤柱內受采動影響應力變化穩(wěn)定,煤柱內9108進風順槽側內10 m處左右為應力最高區(qū)域,受采動影響后最大值為7.1 MPa,最小值為2.5 MPa。

        4) 采用爆破切頂卸壓工藝后,綜合分析9107回風順槽、9108進風順槽錨桿錨索受力載荷和煤柱應力變化數(shù)據(jù),建議在今后的工作面布置時,可將煤柱適當縮小。

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