李海鵬，呂大釗，吳學(xué)明，聶書遙，陳 晨，關(guān)欣杰

（1.陜西彬長(zhǎng)孟村礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 713600；2.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，西安 710065）

1 概 述

近年來(lái)，煤礦動(dòng)力災(zāi)害越來(lái)越被重視[1～2]。沖擊發(fā)生時(shí)，煤巖體產(chǎn)生“咚、嗵”的悶聲響，不時(shí)伴有巖體震動(dòng)，有時(shí)造成支架折損、底板崩起、錨固體脫落等動(dòng)力災(zāi)害，已成為影響礦井安全生產(chǎn)的災(zāi)害之一。然而，在沖擊礦壓的研究過(guò)程中[3～5]，對(duì)巷道頂板離層特征研究關(guān)注較少，關(guān)注力度不夠。本文采用頂板離層數(shù)字觀測(cè)法，對(duì)沖擊礦壓巷道頂板離層特點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)測(cè)與對(duì)比分析，為現(xiàn)場(chǎng)沖擊礦壓防治提供科學(xué)參考。

彬長(zhǎng)礦區(qū)某礦采掘深度平均640m，主采4#煤層，硬度系數(shù) 2～3，煤層厚度 0.8～26.20m，傾角小于5°，具有強(qiáng)沖擊傾向性。礦井構(gòu)（含有兩個(gè)向斜和3個(gè)背斜褶曲）造應(yīng)力強(qiáng)，頂板堅(jiān)硬，開拓巷道均布置在煤層中部，頂板留有8～12m厚的頂煤。工作面兩側(cè)采用雙巷布置方式（見(jiàn)圖1），巷道間煤柱寬度為20m。

圖1 采掘工程平面圖

工作面兩側(cè)巷道開拓后，沖擊礦壓頻繁，局部區(qū)域曾多次發(fā)生“煤炮”、頂板急劇下沉等典型動(dòng)力現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)該礦401盤區(qū)工作面順槽巷道、中央二號(hào)回風(fēng)大巷及中央二號(hào)輔助運(yùn)輸大巷掘進(jìn)面開展了頂板離層觀測(cè)，為沖擊礦壓巷道安全維護(hù)提供參考。

2 巷道頂板離層現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)

2.1 未解危前掘巷頂板離層觀測(cè)

巷道掘進(jìn)中的頂板離層儀安裝如圖2所示。安裝前要先將離層儀器及各部位檢查好，使用專用安裝桿安裝，鉆孔孔徑300mm，孔深9m。測(cè)點(diǎn)設(shè)在巷道斷面的中部，從401盤區(qū)大巷口開始向里每掘進(jìn)50m安設(shè)一組頂板離層儀，保障至少每2d觀測(cè)一次，頂板離層儀選擇安裝在7m和3m兩個(gè)深、淺基準(zhǔn)位，不同地段稍加調(diào)整，安裝深度為8m、3m。

觀測(cè)的巷道斷面為小弧拱形斷面，采用“錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+鋼板”支護(hù)形式，區(qū)段煤柱寬度為20m。頂板錨桿采用MG335左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度20×2300，間排距700mm×700mm；采用6鋼筋網(wǎng)，尺寸1500mm×800mm，Q235方形鋼托板；錨索采用 15.24×7100 鋼絞線，“2-3”布置，排距 2100，Q235碟形鋼板，尺寸150×150×8mm。

圖2 掘進(jìn)面巷道頂板離層儀安裝圖

圖3 灌漿巷掘進(jìn)面頂板離層實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

1）首采面灌漿巷掘進(jìn)中頂板離層觀測(cè)結(jié)果如圖3(a,b)所示。選取的1#、2#測(cè)點(diǎn)正好位于向斜軸部附近。1#測(cè)點(diǎn)距離向斜軸部最近，在3m以內(nèi)（最為嚴(yán)重）和3～7m之間均有大的離層，深、淺位離層量在65～97mm之間。2月25號(hào)后，1#測(cè)點(diǎn)在沖擊礦壓作用下離層儀瞬間損壞，頂板下沉明顯；2#測(cè)點(diǎn)深、淺部離層量在18～21mm左右，離層位置在3m以內(nèi)，離層變形曲線均呈不規(guī)則、非線性變化，深、淺位巖層離層變化在10～64天趨于穩(wěn)定。

2）首采面回風(fēng)順槽掘進(jìn)面頂板離層觀測(cè)結(jié)果如圖4（a～d）所示。灌漿巷與回風(fēng)巷處于一側(cè)，選取2#、3#、6#、7#測(cè)點(diǎn)（距離巷口310m）離層觀測(cè)結(jié)果。

由圖可以看出，深、淺位基點(diǎn)之間的離層不明顯，離層位置在3m以內(nèi)。離層變形曲線呈明顯的非線性變化，變形穩(wěn)定周期長(zhǎng)，在14～58天基本趨于穩(wěn)定。

圖4 回風(fēng)巷掘進(jìn)面頂板離層實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

3）首采面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)中頂板離層觀測(cè)結(jié)果如5(a～d) 所示。選取 1#、8#、9#、10# 測(cè)點(diǎn) （距巷口102m～560m）離層情況。

圖5 運(yùn)輸巷掘進(jìn)面頂板離層實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

由于8#、9#、10#測(cè)點(diǎn)距離向斜軸部距離近，深部離層量變化范圍在40mm～165mm，淺部離層量變化范圍在55mm～77mm。離層位置在3m以內(nèi)和3m～7m之間都有。離層曲線具有非線性變化特征，深淺位離層變化在12～46天后基本趨于穩(wěn)定。

2.2 沖擊解危后掘巷頂板離層觀測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采取“深孔爆破斷頂+大孔徑卸壓”的沖擊礦壓解危工藝[6～8]。解危后的頂板離層觀測(cè)選取在401105回風(fēng)巷、中央二號(hào)回風(fēng)大巷及中央二號(hào)輔助運(yùn)輸大巷開展。

每個(gè)巷道頂板安裝3個(gè)測(cè)點(diǎn)，總共安裝9個(gè)測(cè)點(diǎn)，安裝位置均在掘進(jìn)迎頭和迎頭后方25m巷道中軸處。深、淺位基點(diǎn)設(shè)計(jì)7m和3m、5m和2m、8m和2m三個(gè)方案，有利于判斷離層發(fā)生的位置。

由圖6(a,b)可以看出，401105工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)面迎頭處離層較明顯，位置在迎頭煤層頂板上方3～5m位置，后方25m離層位置在頂板上方3m以下，離層變化在6～13天趨于穩(wěn)定。

圖6 401105回風(fēng)巷掘進(jìn)面頂板離層實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

圖7 中央二號(hào)回風(fēng)大巷頂板離層實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

由圖7(a,b)可以看出，迎頭煤層頂板上方0～3m位置出現(xiàn)離層，離層量最大值5mm；3m～7m之間離層不明顯，0～7m頂板累計(jì)離層量6mm。迎頭后方25m處離層只有1mm，煤層頂板基本無(wú)離層。整體上，中央二號(hào)回風(fēng)大巷迎頭上方離層顯著，位置在迎頭煤層頂板上方0～2m位置，離層最大值17mm；后方25m離層基本無(wú)變化。迎頭至后方25m處的離層量變化在6～11天后趨于穩(wěn)定。

中央二號(hào)輔助運(yùn)輸大巷受中央膠帶輸送機(jī)大巷和中央二號(hào)回風(fēng)大巷雙重掘進(jìn)影響，且也受水平構(gòu)造應(yīng)力影響，離層量相對(duì)較大。

由圖8(a,b)可以看出，整體上，中央二號(hào)輔運(yùn)大巷迎頭處離層明顯位置在煤層頂板上方2～5m位置，離層量值在57mm～86mm之間；后方25m離層位置在頂板上方5～8m位置和2～5m位置。離層變化在5～9天趨于穩(wěn)定。

圖8 中央二號(hào)輔運(yùn)大巷頂板離層實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié) 論

1）巷道沖擊礦壓解危前，離層位置在頂板上方0～3m和3m～7m之間均有發(fā)生，當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于構(gòu)造帶及煤柱附近時(shí)，離層量更為顯著，深部離層值20mm～260mm，淺部離層值 22mm～180mm，測(cè)點(diǎn)間離層量差值很大；部分測(cè)點(diǎn)被損壞，無(wú)數(shù)據(jù)，瞬間破壞性強(qiáng)。頂板深、淺部離層穩(wěn)定周期長(zhǎng)，穩(wěn)定時(shí)間分別為7～64天和14～58天（各測(cè)點(diǎn)取最大值集合）。

2）巷道沖擊礦壓解危后，離層主要發(fā)生在迎頭頂板上方0～5m位置，離層變化在6～11天趨于穩(wěn)定，最大離層量1～86mm。迎頭后方25m離層位置主要發(fā)生在煤層頂板上方 2～5m和 5～8m位置，離層量0～1mm。沖擊解危后，高能量“煤炮聲”得以有效解決，研究結(jié)果為現(xiàn)場(chǎng)沖擊礦壓防治提供科學(xué)參考。