王旭杰

（西山煤電建筑工程集團(tuán)有限公司礦建分公司， 山西 太原 030053）

近些年來(lái)，隨著煤炭資源需求的增加，淺層區(qū)域的煤炭資源數(shù)量在逐年減少，煤炭開采的深度不斷增加，因此，礦井煤炭開采已經(jīng)進(jìn)入深部開采階段[1-3]。礦井開采深度的增加不僅增大了巷道及采場(chǎng)的地應(yīng)力水平，且在一些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈的區(qū)域[4]，高水平地應(yīng)力巷道殘余構(gòu)造應(yīng)力大，且垂直自重應(yīng)力通常都小于水平構(gòu)造應(yīng)力，從而使巷道圍巖應(yīng)力和破壞程度大大增加，造成深部巷道支護(hù)的困難增大[5-6]。目前，已在礦井深部煤層巷道表現(xiàn)出深部礦壓的特點(diǎn)，如巷道變形量大、變形時(shí)間長(zhǎng)、圍巖破碎等[7]，大量實(shí)踐表明，由于支護(hù)參數(shù)選取不合理，支護(hù)結(jié)構(gòu)不能滿足深部巷道支護(hù)要求，對(duì)礦井安全生產(chǎn)限制也越來(lái)越突出[8-10]。因此，本文以某礦巷道為工程背景，對(duì)深部開拓巷道支護(hù)情況進(jìn)行研究，并監(jiān)測(cè)巷道表面位移及錨桿受力情況，探究開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而確保深部巷道圍巖的穩(wěn)定性，便于巷道的維護(hù)。

1 深部開拓巷道支護(hù)方案

以某礦巷道為工程背景，該巷道屬于動(dòng)壓煤巷，巷道凈高4 m，凈寬4.8 m，針對(duì)該直墻半圓拱巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)形式，選用高強(qiáng)錨桿，其規(guī)格是Φ22 mm×2 500 mm，錨桿間排距為700 mm、700 mm；網(wǎng)片采用鋼筋網(wǎng)，其網(wǎng)格規(guī)格是70 mm×70 mm，同時(shí)選用雙股12 號(hào)鐵絲連接；錨索的規(guī)格是Φ21.6 mm×8 000 mm，錨桿間排距為1 400 mm、1 400 mm。圖1 為開拓巷道支護(hù)斷面圖。

圖1 開拓巷道支護(hù)斷面圖（mm）

2 深部開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

本文對(duì)開拓巷道的表面位移、錨桿受力情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，探究煤礦開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

2.1 開拓巷道表面位移分析

在該煤礦巷道布置5 個(gè)測(cè)站，對(duì)表面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且各測(cè)站間距相差25 m。5 個(gè)測(cè)站都可監(jiān)測(cè)頂?shù)装逡平亢蛢蓭妥冃瘟浚捎谩笆帧辈键c(diǎn)法對(duì)巷道表面位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在圍巖表面鉆孔，并將木樁打入孔內(nèi)，再將測(cè)釘安設(shè)在樁頭，作為位移監(jiān)測(cè)基點(diǎn)。此外，選擇在巷中位置監(jiān)測(cè)頂?shù)装逡平浚谘€位置監(jiān)測(cè)兩幫移近量。

通過(guò)對(duì)5 個(gè)測(cè)站的開拓巷道表面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)匯總，得到表1 所示的監(jiān)測(cè)結(jié)果。從表1 中可看出，5個(gè)測(cè)站中，4 號(hào)測(cè)站圍巖的頂?shù)滓平?、最大變形速度以及兩幫收斂量最大；? 號(hào)測(cè)站圍巖的頂?shù)滓平?、兩幫位移量均大? 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)測(cè)站。此外，從表中對(duì)比還可看出，5 個(gè)測(cè)站的頂?shù)滓平烤葍蓭褪諗苛看?，且頂?shù)鬃冃瘟渴莾蓭妥冃瘟康?.2～2.0倍，最大變形速率和平均變形速率也比兩幫變形量大。由此可見，在開拓巷道掘進(jìn)整個(gè)過(guò)程中，頂?shù)鬃冃问冀K比兩幫變形量大。

表1 巷道表面位移量監(jiān)測(cè)結(jié)果

隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)，繼續(xù)對(duì)5 個(gè)測(cè)站的開拓巷道頂?shù)装蹇偽灰屏亢蛢蓭涂偸諗苛窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)，分別得到下頁(yè)圖2 和圖3 所示的變化曲線。

圖2 開拓巷道頂?shù)卓偽灰屏孔兓€圖

圖3 開拓巷道兩幫總收斂量變化曲線圖

從圖2 中可看出，4 號(hào)測(cè)站頂?shù)卓偽灰屏孔兓€遠(yuǎn)遠(yuǎn)在其他測(cè)站上方，由于其距離工作面比較近，附近賦存斷層，應(yīng)力集中程度高，因此，頂?shù)卓偽灰屏窟_(dá)到360 mm。當(dāng)掘進(jìn)工作面推進(jìn)前5 m 時(shí)，5 個(gè)測(cè)站的變化趨勢(shì)大體一致，上升緩慢；當(dāng)掘進(jìn)工作面推進(jìn)10 m 后，4 號(hào)測(cè)站頂?shù)滓平俣让黠@大于其他測(cè)站；在掘進(jìn)工作面推進(jìn)30 m 后，5 個(gè)測(cè)站的頂?shù)孜灰屏恐饾u增大，上升速度較緩。相比于1 號(hào)、3 號(hào)測(cè)站，5 號(hào)測(cè)站的變形量較小，這是因?yàn)? 號(hào)測(cè)站處頂板錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度增大的緣故。在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，5 個(gè)測(cè)站的頂?shù)孜灰谱兓w呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明頂?shù)孜灰屏渴侵饾u增加的。

從圖3 中可看出，因4 號(hào)測(cè)站附近賦存斷層，其兩幫收斂量達(dá)到最大，最大值是250 mm。5 號(hào)測(cè)站因距離工作面最近，與1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)相比，兩幫位移量較大，其值達(dá)到了181 mm；2 號(hào)測(cè)站和3 號(hào)測(cè)站的兩幫收斂量隨著工作面推進(jìn)距離的增大，兩幫收斂量也在逐漸增大，其上升變化趨勢(shì)大體一致。在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，當(dāng)工作面推進(jìn)距離達(dá)到20 m 時(shí)，5 個(gè)測(cè)站的兩幫收斂量變形速度增幅明顯。

2.2 開拓巷道錨桿受力分析

在該礦區(qū)開拓巷道布置3 個(gè)錨桿受力監(jiān)測(cè)站，各測(cè)站間距相差50 m，且每個(gè)測(cè)站布置3 個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別設(shè)于開拓巷道頂板中心以及兩幫位置處。錨桿安裝好后，隨著圍巖變形，錨桿所受的載荷也會(huì)產(chǎn)生變化，因此，對(duì)錨桿工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以充分對(duì)支護(hù)的合理性和巷道安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)3 個(gè)測(cè)站的錨桿受力情況連續(xù)監(jiān)測(cè)26 d，分別得到圖4、圖5 所示的左幫和右?guī)湾^桿載荷變化曲線圖。

圖4 開拓巷道左幫錨桿載荷變化曲線圖

圖5 開拓巷道右?guī)湾^桿載荷變化曲線圖

從圖4 中可看出，1 號(hào)測(cè)站、3 號(hào)測(cè)站和5 號(hào)測(cè)站開拓巷道左幫載荷分別增大0.6 MPa、1.0 MPa 和0.9 MPa，且在監(jiān)測(cè)期間，3 個(gè)測(cè)站的左幫錨桿載荷平均速度分別是0.023 MPa/d、0.038 MPa/d 和0.035 MPa/d。

從圖5 中可看出，1 號(hào)測(cè)站、3 號(hào)測(cè)站和5 號(hào)測(cè)站開拓巷道右?guī)洼d荷分別增大1.3 MPa、0.9 MPa 和2.6 MPa，且在監(jiān)測(cè)期間，3 個(gè)測(cè)站的右?guī)湾^桿載荷平均速度分別是0.05 MPa/d、0.035 MPa/d 和0.1 MPa/d。

綜上分析可知，在開拓巷道整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)，頂?shù)装逡平看笥趦蓭褪諗苛?，但是兩者變化?guī)律基本相同，均是隨著工作面的推進(jìn)，開拓巷道變形量在不斷增加，因工作面推進(jìn)對(duì)構(gòu)造應(yīng)力的影響，變形速度則是先增大后逐漸減小。此外，巷道的大變形使錨桿承受的載荷較大，說(shuō)明開拓巷道支護(hù)方案的礦壓顯現(xiàn)劇烈。

3 結(jié)論

1）在開拓巷道整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)，開拓巷道變形量和錨桿載荷的大小在不斷增加，且頂?shù)装逡平孔兓仁冀K大于兩幫收斂量。

2）巷道的大變形使錨桿承受的載荷較大，說(shuō)明開拓巷道支護(hù)方案的礦壓顯現(xiàn)劇烈。