周凱旋

摘 要：通過(guò)采集潘二煤礦12224巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平浚^桿錨索載荷，煤體采動(dòng)附加應(yīng)力觀(guān)測(cè)的礦壓數(shù)據(jù)，明確了巷道超前支承壓力峰值影響范圍，為工作面安全回采提供給了參考。

關(guān)鍵詞：礦壓觀(guān)測(cè);來(lái)壓步距;圍巖變形;超前支撐壓力

采煤工作面是煤礦頂板事故的易發(fā)地，在頂板事故中約占70%。統(tǒng)計(jì)資料表明[1]，頂板事故約占煤礦事故 40% ～ 50% 。頂板事故與礦山壓力、瓦斯突出、突水、沖擊礦壓等密切關(guān)系[2]。為此，探尋礦山壓力規(guī)律研究巖層移動(dòng)對(duì)預(yù)防頂板事故意義重大。工作面回采過(guò)程中需要對(duì)其礦壓顯現(xiàn)特征采取一定的觀(guān)測(cè)、監(jiān)測(cè)措施。專(zhuān)家學(xué)者對(duì)各種不同類(lèi)型的回采工作面進(jìn)行過(guò)礦壓觀(guān)測(cè)分析。例如，林澤江[3] 針對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)大采深堅(jiān)硬頂板工作面采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了礦壓顯現(xiàn)分析，認(rèn)為數(shù)值模擬技術(shù)可以對(duì)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行定量分析。但是以上理論都是以理論和現(xiàn)象進(jìn)行的推測(cè)，是通過(guò)定性的方法對(duì)礦壓現(xiàn)象開(kāi)展分析，缺乏實(shí)際數(shù)據(jù)的論證和檢驗(yàn)。并且以前研究的煤礦都屬于煤層較深并且煤層較厚的情況，而潘二煤礦12224工作面的煤層埋深淺，煤層厚度較小，煤柱之間的距離也小，并且是在沿空掘巷這一特殊條件下進(jìn)行的支護(hù)，需要針對(duì)其特殊條件獨(dú)立分析。

因此本文以潘二煤礦12224工作面為研究背景，利用礦壓檢測(cè)數(shù)據(jù)推演其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，以期為現(xiàn)場(chǎng)防沖提供指導(dǎo)。因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)近距離煤層開(kāi)采后，整個(gè)回采工作面的圍巖應(yīng)力發(fā)生了重新分布，表現(xiàn)在回采工作面周?chē)拿褐a(chǎn)生應(yīng)力集中，包括在本文主要對(duì)巷道周?chē)爸С袎毫?、?cè)向支承壓力、垂直應(yīng)力及水平應(yīng)力的測(cè)定和分析。為了工作面的安全回采，有必要對(duì)回采工作面進(jìn)行礦壓規(guī)律觀(guān)測(cè)分析，總結(jié)其頂板運(yùn)動(dòng)、菜場(chǎng)支撐壓力、巷道變形等特征。

一、礦井參數(shù)和分析內(nèi)容

（一）工作面參數(shù)

12224工作面是走向長(zhǎng)度1458，傾向長(zhǎng)度426m。煤層厚度3.27～7.85m，平均5.7m，工作面切眼以南730m范圍內(nèi)，12224工作面是采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，采高2.8m，放頂沒(méi)高度平均3.3m。，其煤層巖物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1.1

二、礦壓觀(guān)測(cè)內(nèi)容

（一）觀(guān)測(cè)站設(shè)置

1）頂板離層：在巷道頂板中部安設(shè)離層儀，無(wú)構(gòu)造帶區(qū)域，巷道每掘進(jìn)50～80m設(shè)置1個(gè)測(cè)站;構(gòu)造帶區(qū)域，巷道每掘進(jìn)30～50m設(shè)置1個(gè)測(cè)站。每1測(cè)站內(nèi)設(shè)1個(gè)淺基點(diǎn)、一個(gè)深基點(diǎn)，淺基點(diǎn)位于錨桿錨固端部，深2.5m;深基點(diǎn)超過(guò)錨索錨固端部以上300mm，深2.5m。

2）巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平浚和敯咫x層測(cè)站同步設(shè)置，并基本上在同一剖面內(nèi)。巷道表面位移觀(guān)測(cè)基點(diǎn)要求牢固可靠，基點(diǎn)使用Φ20×1000mm短錨桿，外露長(zhǎng)50mm，并用半卷Z2360樹(shù)脂藥卷錨固。在巷道底板布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，出露長(zhǎng)度以不影響行人和超出軌道面為宜，且頂板點(diǎn)與底板點(diǎn)之間要垂直，錯(cuò)距不得超過(guò)3mm。如果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件允許，測(cè)站頂板及兩幫基點(diǎn)可用已打好的錨桿代替。測(cè)點(diǎn)A、B位置應(yīng)在巷幫中點(diǎn)，C、D位置位于頂?shù)字行?，若有管路或風(fēng)筒影響時(shí)，A、B離巷道底板不低于1.3m。

3）錨桿、錨索工作載荷測(cè)站：同頂板離層測(cè)站同步設(shè)置，每個(gè)測(cè)站設(shè)1個(gè)頂板錨桿載荷測(cè)點(diǎn)、1個(gè)錨索載荷測(cè)點(diǎn)、兩幫各設(shè)1個(gè)幫部錨桿載荷測(cè)點(diǎn)。

4）煤體應(yīng)力觀(guān)測(cè)站共設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，均設(shè)在12224上順槽，安裝在煤柱側(cè)幫1m、2m、3m、4m和5m位置。

GYW25圍巖應(yīng)力傳感器由傳感器和變送器組成，二者之間用長(zhǎng)度3米的MHYV1×4的通信電纜連接，傳感器采用應(yīng)變測(cè)量技術(shù)，測(cè)量的是煤體或巖體垂直載荷應(yīng)力，受應(yīng)力作用煤體或巖體產(chǎn)生破壞變形，將應(yīng)力傳遞到應(yīng)變體上產(chǎn)生變形，應(yīng)變計(jì)將變形量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并由變送器轉(zhuǎn)換為RS485通訊信號(hào)。圍巖應(yīng)力傳感器2小時(shí)自動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻圍巖應(yīng)力數(shù)據(jù)，采用圍巖應(yīng)力采集器定期采集通過(guò)數(shù)據(jù)錄入軟件導(dǎo)入電腦。

三、礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)果與分析

（一）頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?/p>

12224上順槽西三段3測(cè)站圍巖變形主要發(fā)生在掘進(jìn)初期50天時(shí)間內(nèi)，之后巷道圍巖變形逐漸降低并處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，在掘進(jìn)劇烈影響期間內(nèi)，該測(cè)站巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e為510mm和480mm，頂?shù)装搴蛢蓭妥畲笠平俣确謩e為43mm/d和33mm/d;在150天的觀(guān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，該測(cè)站巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e為610mm和550mm。

回采期間12224上順槽西三段受工作面超前支承壓力影響范圍為60～80m，劇烈影響范圍為30～40m，在回采期間內(nèi)，巷道頂?shù)装逡平恳话銥?00～900mm，兩幫移近量一般為700～800mm.

（二） 頂板離層

12224上順槽西三共計(jì)設(shè)有近9個(gè)頂板離層測(cè)點(diǎn)，具體如表3-1：

由表3-1可以看出，在觀(guān)測(cè)期間內(nèi)，除局部區(qū)段頂板淺部離層量達(dá)到30mm外，其他測(cè)站頂板均離層很小或者沒(méi)有發(fā)生離層，說(shuō)明該巷道總體支護(hù)狀況良好，錨索網(wǎng)支護(hù)有效地控制了頂板淺部及深部巖層離層現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)也說(shuō)明該巷道錨索網(wǎng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理。

（三）錨桿錨索載荷

錨桿與錨索受力監(jiān)測(cè)是錨桿支護(hù)巷道礦壓監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，通過(guò)監(jiān)測(cè)支護(hù)體受力大小與分布，可以比較全面地了解錨桿與錨索的工作狀況，判斷錨桿是否發(fā)生屈服和破斷，評(píng)價(jià)巷道圍巖的穩(wěn)定性與安全性以及錨索網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)是否合理。由12224上順槽西三段5測(cè)站錨桿錨索載荷變化可以看出：

1）掘進(jìn)期間上順槽西三段5測(cè)站右?guī)湾^桿載荷沒(méi)有顯著增加，受力保持不變，基本上是維持在初始預(yù)緊力狀態(tài)下工作，頂板錨桿錨索及左幫錨桿巷幫錨桿載荷緩慢增加，穩(wěn)定后的工作載荷為12Mpa、18Mpa和6Mpa，說(shuō)明在采空區(qū)狀態(tài)下錨桿及錨索受力較小，巷道基本上處于卸壓狀態(tài)。

（四）煤體采動(dòng)附加應(yīng)力觀(guān)測(cè)

為了掌握近距離采空區(qū)下沿空掘巷煤柱應(yīng)力的分布規(guī)律，我們?cè)?2224上順槽靠煤柱側(cè)幫設(shè)有5組煤體采動(dòng)附加應(yīng)力觀(guān)測(cè)鉆孔。掘巷期間12224上順槽不同時(shí)段煤柱應(yīng)力沿煤柱寬度方向變化，表3-2為各鉆孔煤柱應(yīng)力增量變化一覽表，由上述圖表可以看出：

掘巷期間，12224上順槽順槽1m、2m、3m、4m及5m各鉆孔煤柱應(yīng)力最大增幅分別為0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa和0.9MPa，應(yīng)力集中系數(shù)分別為1.25、1.45、1.8、1.92及1.82，其應(yīng)力峰值位于煤柱側(cè)幫4.0m位置。

四、結(jié)? 語(yǔ)

開(kāi)展了近距離采空區(qū)下大斷面沿空掘巷頂板離層、煤柱應(yīng)力與巷道圍巖位移、錨桿錨索受力為核心內(nèi)容的礦壓觀(guān)測(cè)工作，獲得了如下結(jié)論：

1）掘進(jìn)期間，12224上順槽西三段巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e為610mm和550mm，頂?shù)装搴蛢蓭妥畲笠平俣确謩e為43mm/d和33mm/d;

2）回采期間12224上順槽西三段受工作面超前支承壓力影響范圍為60～80m，劇烈影響范圍為30～40m，在回采期間內(nèi)，巷道頂?shù)装逡平恳话銥?00～900mm，兩幫移近量一般為700～800mm，尤其在工作面前方10 m位置最為劇烈。 因此要重點(diǎn)抓好該區(qū)域段的超前支護(hù)，保證礦井安全回采。

3）掘進(jìn)期間上順槽西三段5測(cè)站右?guī)湾^桿載荷沒(méi)有顯著增加，受力保持不變，基本上是維持在初始預(yù)緊力狀態(tài)下工作，頂板錨桿錨索及左幫錨桿巷幫錨桿載荷緩慢增加，穩(wěn)定后的工作載荷為12Mpa、18Mpa和6Mpa，說(shuō)明在采空區(qū)狀態(tài)下錨桿及錨索受力較小，巷道基本上處于卸壓狀態(tài)。

4）上順槽西二段4測(cè)站在掘進(jìn)初期頂板及巷幫錨桿錨索載荷均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，30～40天后錨桿錨索載荷基本上就達(dá)到穩(wěn)定，頂板錨桿和錨索穩(wěn)定后的工作載荷分別為32Mpa和35Mpa，巷幫錨桿穩(wěn)定后的工作載荷為8Mpa，說(shuō)明在上覆工作面階段煤柱下方錨桿及錨索受力差別較大。

5）掘巷期間，12224上順槽位于12125采空區(qū)下方的西三段煤柱幫1m、2m、3m、4m及5m各鉆孔煤柱應(yīng)力最大增幅分別為0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa和0.9MPa，應(yīng)力集中系數(shù)分別為1.25、1.45、1.8、1.92及1.82，其應(yīng)力峰值位于煤柱側(cè)幫4.0m位置，所以要設(shè)置適合大小的煤柱。

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