劉桂璋 姬 凡 閆鵬佳

（陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000）

回采巷道礦壓監(jiān)測是一套成熟的技術(shù)與裝備體系，該技術(shù)和裝備在煤礦中廣泛應(yīng)用。杭來灣煤礦301 盤區(qū)30101 工作面在回采時(shí)裝備了礦壓監(jiān)測設(shè)備，對該工作面的正常回采起到了至關(guān)重要的作用。30201工作面作為礦井302盤區(qū)智能化采煤工作面，根據(jù)開采條件、巷道尺寸、支護(hù)方式及巷道布置情況等關(guān)鍵影響因素，通過增加相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備，設(shè)立起始階段的集中監(jiān)測區(qū)及中后階段的正?；夭杀O(jiān)測區(qū)。該工作面運(yùn)輸機(jī)巷及回風(fēng)巷均具備完成開展回采巷道規(guī)律實(shí)測的基本要求，在30201 工作面運(yùn)輸機(jī)巷及回風(fēng)巷開展礦壓觀測是可行的[1-5]。

1 井田概況

井田東西長約12.0 km，南北寬約7.7 km，面積90.36 km2。杭來灣煤礦302 盤區(qū)30201 工作面煤層覆存條件穩(wěn)定，采煤方法合理，頂?shù)装鍘r性、支護(hù)設(shè)備及采煤機(jī)械的可靠穩(wěn)定性高。30201 工作面為302 盤區(qū)煤層首采工作面，采高7.2 m，工作面寬度330 m，走向長度5857 m，傾角小于1°，平均埋深235 m，屬于淺埋薄基巖大采高工作面。覆蓋層基巖厚度52.87～234.80 m，由南向北、從西向東埋深逐漸增大，平均遞增梯度5.18 m/km。煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部含1～2 層0.05～0.46 m 泥巖、炭質(zhì)泥巖（個(gè)別粗砂巖）夾矸。

2 巷道支護(hù)簡介

工作面采用150 臺(tái)液壓支架支護(hù)頂板，支架型號(hào)為ZY21000/36/75D，額定工作阻力21 000 kN。巷道支護(hù)302 盤區(qū)回采工作面巷道共布置三條，即工作面帶式輸送機(jī)巷、工作面輔助運(yùn)輸巷、工作面回風(fēng)巷。工作面巷道采用矩形斷面，巷道掘進(jìn)采用掘錨一體機(jī)掘進(jìn)；大斷面巷道支護(hù)形式主要采取錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)方式，頂板破碎地段適當(dāng)增加錨桿密度、錨索深度、加設(shè)鋼帶等措施加強(qiáng)支護(hù)；工作面臨時(shí)巷道斷面較小，多采用錨桿支護(hù)，頂板破碎地段采用錨桿加網(wǎng)、鋼帶及錨索的聯(lián)合支護(hù)。大斷面巷道的特征見表1。

表1 302 盤區(qū)中央大巷斷面特征表

3 礦壓監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

該礦井現(xiàn)已安裝一套KJ216 型礦壓綜合監(jiān)測系統(tǒng)，在井下30200 綜采工作面安裝20 臺(tái)頂板壓力分機(jī)，在30200 綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷分別安裝離層傳感器和錨桿傳感器各40 臺(tái)，通過工作面的通訊分站和輔助運(yùn)輸大巷的通訊主站將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至礦井地面生產(chǎn)調(diào)度中心。本次開采設(shè)計(jì)除利用現(xiàn)有的礦壓綜合監(jiān)測系統(tǒng)[6-9]，另新增5 臺(tái)頂板壓力分機(jī)、30 臺(tái)離層傳感器和30 臺(tái)錨桿傳感器滿足30201綜采工作面拓寬延長部分礦壓綜合監(jiān)測需求。新增5 臺(tái)頂板壓力分機(jī)、30 臺(tái)離層傳感器和30 臺(tái)錨桿傳感器分別安裝在30201 綜采工作面的拓寬部分和延長部分。

4 巷道礦壓監(jiān)測方案

4.1 監(jiān)測測站布置

在采煤工作面推進(jìn)過程中，工作面周邊巷道將受到采煤工作的影響發(fā)生不同程度擾動(dòng)，導(dǎo)致巷道周邊礦壓發(fā)生變化。為了尋求杭來灣煤礦302 盤區(qū)30201 工作面回采巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，合理地選擇支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)，需要開展巷道圍巖監(jiān)測工作。一般要觀測巷道圍巖移動(dòng)、支架變形、支架荷載以及巷道錨桿支護(hù)監(jiān)測，包括巷道表面收斂監(jiān)測、頂板離層監(jiān)測、錨桿受力監(jiān)測等情況。本監(jiān)測方案對杭來灣煤礦30201 工作面回采巷道的回風(fēng)順槽和膠帶運(yùn)輸順槽巷道里各設(shè)收斂監(jiān)測斷面35 個(gè)、錨桿受力監(jiān)測斷面35 個(gè)、頂板離層監(jiān)測斷面35 個(gè)。其中，工作面推進(jìn)前500 m 范圍內(nèi)，共布置10 個(gè)測站，間距50 m，其余范圍內(nèi)每200 m 布設(shè)1 個(gè)測站。本次礦壓監(jiān)測設(shè)計(jì)斷面布置如圖1。

圖1 監(jiān)測設(shè)計(jì)斷面布置圖（m）

4.2 巷道支護(hù)監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)杭來灣煤礦302 盤區(qū)巷道圍巖強(qiáng)度的實(shí)際情況，采取了錨桿（索）、網(wǎng)支護(hù)形式。錨桿支護(hù)工程需要監(jiān)測的內(nèi)容較多，杭來灣煤礦30201 工作面根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況重點(diǎn)對回采巷道錨桿（索）、網(wǎng)支護(hù)開展以下內(nèi)容的監(jiān)測：頂板離層監(jiān)測、巷道表面收斂變形監(jiān)測、錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測、工作面超前支承壓力監(jiān)測。

4.2.1 頂板離層監(jiān)測

在30201 綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷安設(shè)離層傳感器40臺(tái)、錨桿傳感器40 臺(tái)，通過工作面的通訊系統(tǒng)接入工作面監(jiān)測數(shù)據(jù)集控中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸和共享。本次開采設(shè)計(jì)除利用現(xiàn)有的礦壓綜合監(jiān)測系統(tǒng)，另新增30 臺(tái)離層傳感器和30 臺(tái)錨桿傳感器滿足30201 綜采工作面拓寬延長部分礦壓綜合監(jiān)測需求。采用頂板離層位移計(jì)九點(diǎn)安設(shè)方式，在進(jìn)風(fēng)巷頂部布置離層位移計(jì)2 組，布設(shè)位置如圖2 所示。第一組測點(diǎn)4 個(gè)，間隔為0.4 m，頂部基點(diǎn)深度依次為0.4 m、0.8 m、1.2 m、1.6 m；第二組測點(diǎn)5 個(gè)，布置間距為1 m，頂部基點(diǎn)深度分別為2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、6.0 m。

圖2 運(yùn)順頂板離層位移計(jì)的安設(shè)（mm）

4.2.2 表面收斂變形監(jiān)測

表面收斂變形的監(jiān)測采用三角形布點(diǎn)方式，每組布置5 個(gè)測點(diǎn)（頂部3 個(gè)、兩幫各1 個(gè)），如圖3 所示。頂部測點(diǎn)固定在錨桿端頭部位，幫部測點(diǎn)采用木樁安設(shè)在兩幫表面。其中木樁固定要求如下：預(yù)施工孔徑Φ28 mm、孔深380 mm 的監(jiān)測孔，將長400 mm、直徑28 mm 木樁楔入孔中，在木樁端部安裝測釘進(jìn)行監(jiān)測。

圖3 巷道表面收斂量監(jiān)測測點(diǎn)布置圖

監(jiān)測頻率：距離工作面50 m 范圍以內(nèi)，每天觀測一次；距離工作面＞50 m 的范圍，兩天觀測一次；位移速度發(fā)生突變，則需增加監(jiān)測頻率。最大允許位移值：回采工作面頂板下沉量限值為180 mm，兩幫移近量限值為100 mm，當(dāng)出現(xiàn)表面累計(jì)收斂變形量大于限值，則立即停止作業(yè)，并采取相應(yīng)的支護(hù)措施。

4.2.3 錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測

錨桿錨固力預(yù)先做拉拔試驗(yàn)，拉拔力須＞90%錨固力。錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測通常從每300 根錨桿中隨機(jī)抽取3 根，每根錨桿上面安設(shè)測力錨桿。測力錨桿與原有錨桿相類似，但是該錨桿安設(shè)特制鐵托盤，能夠通過傳感器讀取錨桿受力狀態(tài)，測力錨桿托盤300 mm×300 mm×12 mm 規(guī)格。

監(jiān)測頻率：工作面回采期間，每間隔20 m 設(shè)置測力錨桿1 條，對工作面邊幫實(shí)施長期觀測。

4.2.4 工作面超前支承壓力監(jiān)測

現(xiàn)場實(shí)測統(tǒng)計(jì)杭來灣煤礦30201 回采工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽超前支架立柱上的壓力變化規(guī)律。30201 工作面順槽共安裝超前支架2 臺(tái)，型號(hào)：ZQL2×6400/28/53D，每臺(tái)超前支架4 個(gè)立柱，每個(gè)立柱上均安裝有壓力表。根據(jù)工作面順槽超前支架壓力實(shí)測，得到30201 工作面在兩順槽的超前支承壓力峰值位置、峰值系數(shù)及影響范圍，同時(shí)得到實(shí)測來壓時(shí)兩順槽的超前支架壓力與非來壓時(shí)的超前支架壓力的區(qū)別。

4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的用途

頂板離層監(jiān)測、巷道表面收斂變形監(jiān)測、錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)匯總形成監(jiān)測數(shù)據(jù)表，并繪制礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表建立預(yù)測數(shù)模進(jìn)行分析，查明杭來灣煤礦3 號(hào)煤層的來壓機(jī)理、礦壓規(guī)律，以及不同來壓條件下的巷道圍巖變形特征和巷道錨桿支護(hù)效果，為巷道有效支護(hù)措施的選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

工作面超前支承壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄了工作面前方支承應(yīng)力分布曲線，用于分析初次來壓的支承壓力的規(guī)律、周期來壓的支承壓力峰值及位置。

5 結(jié)語

（1）根據(jù)302 盤區(qū)30201 工作面開采條件、巷道尺寸、支護(hù)方式及巷道布置情況等關(guān)鍵影響因素，通過在30201 工作面運(yùn)輸機(jī)巷及回風(fēng)巷增加相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測結(jié)果對于保障工作面安全穩(wěn)定回采具有重要意義。

（2）通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，能夠有效開展巷道支護(hù)效果評(píng)價(jià)，必要時(shí)可對現(xiàn)有支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。此外，該監(jiān)測技術(shù)可預(yù)測工作面初次來壓和周期來壓覆巖垮落規(guī)律，保障安全生產(chǎn)。