朱贵祯

（冀中能源张矿集团宣东矿，河北 张家口 075000）

张家口宣东矿位于河北省张家口市宣化区东南，矿井开采深度800m以上，为高瓦斯突出矿井，井田煤系地层为侏罗系中统下花园组，岩性主要由泥岩、粉砂岩加少量炭质泥岩组成，围岩条件较差。随着采掘工程的进行,回采巷道由于支护参数不合理造成巷道短时间破坏、变形，每月整修、极大浪费了人力、财力和物力，同时也造成了冒顶隐患。为研究回采工作面采动对两巷矿压显现情况,判别回采期间巷道围岩的稳定状态，验证巷道锚杆的支护参数设定是否合理，决定在Ⅲ3306回采工作面进行矿压监测、研究。

1 工作面概况

宣东矿井田为一NE走向、SE倾向的单斜构造，地层平缓，倾角5°～15°，井田内构造较简单，落差在30m以上的断层仅有一条(F2)，且为井田边界，落差小于5m的小断层较为发育。共有5层可采煤层，其中较稳定可采的煤层为侏罗系下统下花园组Ⅲ3、Ⅴ2煤层，分2个开采水平，正在开采-230水平Ⅲ3煤层，井田内岩浆岩侵入比较广泛，主要位于9勘探线以东煤系地层中厚度约240m的辉绿岩岩床和9勘探线以西的辉绿岩岩脉，位于Ⅲ3煤层顶30.38～102.72m，平均距Ⅲ3煤层54.72m。矿井最大水平主应力64.93～73.61MPa，侧压系数在2.62～3.49，该矿水平构造应力占主导地位，最大剪应力较大（20.07～24.81MPa），属于高地应力矿井。Ⅲ3306回采工作面属于Ⅲ3煤层三采区工作面，埋深800m，平均煤厚2.4m，倾角5°，煤层坚固系数0.52。直接顶厚2.05m，硬度4.73，基本顶厚9.3m，直接底和基本底厚10.12m，硬度4.34，均为粉细砂岩互层。工作面走向长570m，倾斜长160m，采用单一走向长壁一次采全高综合机械化采煤法，采空区顶板处理采用全部垮落法。

2 矿压监测设计

2.1 工作面矿压监测方法选择

目前矿山压力研究常用的方法有三种[1-2]：数学力学分析方法、模拟试验方法、现场监测方法，本矿选择现场监测方法。现场监测方法是根据地下开采活动引起的矿山压力显现的特征，直接在现场进行观测和记录，利用各种仪器仪表量测支架载荷、岩体变形位移、岩体内应力、岩体力学特性等数值大小，从而可以分析得到地质、生产技术因素与矿山压力显现的经验函数关系，用以解决实际生产技术问题，同时，在汇总大量观测数据与调查资料的基础上，将能总结出矿山压力的普遍规律，促进矿山压力理论研究的发展[3-4]。

2.2 监测方案设计

本研究项目采用中国矿业大学（北京）工程力学测试技术研究所最新研发的KJ624煤矿顶板动态监测系统[5-6]，对306轨道顺槽巷道围岩变形、围岩应力及两帮锚杆应力进行在线监测，对306回风斜巷部分巷道围岩应力进行在线监测，对306工作面回采过程中所引起的矿压显现及变形规律，将现场监测、实验室模拟、数值分析与理论分析相结合，研究巷道围岩活动规律，建立由监测到预测的新方法，为支护设计、煤柱设计及优化提供参考数据。监测内容有：

（1）离层位移监测。对实验巷道的顶板、两帮随工作面回采而产生的变形及离层量进行实时监测。

（2）锚杆拉力监测。对实验巷道的顶板、侧帮锚杆随工作面回采的拉力变化进行实时监测。

（3）围岩应力监测。对实验巷道侧帮的煤岩体随工作面回采的应力变化进行实时监测。

为了研究306轨道顺槽巷道在306工作面回采过程中的围岩变形及矿压变化规律，依据306轨道顺槽设计方案示意图及现场施工情况对矿压监测测点布设做如下设计（见图1、2）。

图1 306巷道矿压监测设计图

（1）离层位移监测布置

在306轨道顺槽巷道右帮（煤体一侧）布设3个位移监测仪，分别位于采位67m、140m和152m处。

在306轨道顺槽巷道顶板布设4个位移监测仪，分别位于采位67m、100m、117m和146m处。

在306轨道顺槽巷道左帮（工作面一侧）布设5个位移监测仪，分别位于采位67m、100m、117m、140m和152m处。

（2）锚杆拉力监测布置

在306轨道顺槽巷道顶板布设6个矿用锚杆（索）应力传感器，分别位于采位55m、67m、100m、117m、146m和152m处。

在306轨道顺槽巷道左帮布设6个GMY300矿用锚杆（索）应力传感器，分别位于采位55m、67m、100m、117m、146m和152m处。

（3）围岩应力监测布置

在306轨道顺槽巷道右帮（煤体一侧）布设2个GPD矿用压力传感器，分别位于采位55m和67m处。

在306轨道顺槽巷道左帮（工作面一侧）布设10个GPD矿用压力传感器，分别位于采位5m叉巷两侧、55m、67m、100m、117m、146m、152m、168m和178m处。

图2 巷道断面测点布设示意图

3 矿压监测及数据分析

306采面试采结束后共推采7个月（见图3），随着采面推采在观测地点实时监测巷道离层、锚杆拉力及围岩变化情况，一共9个监测点，停采里程为76m，位于67m点和100m点中间，根据9个点观测数据变化情况，选取以152m观测点为例。

图3 306回采工作面推采平面图

3.1 离层位移监测

观测点距离工作面推采位置80m以上时，未受回采扰动影响；距离工作面距离小于50m，观测点处顶板离层位移开始受到回采扰动的影响，距离回采工作面约43m时，帮离层位移迅速增加，且增加速率加大，该点处最大离层位移90.5mm，处于岩体安全变形范围之内，位移变化见图4。

图4 152m点离层位移变化图

3.2 锚杆拉力监测

观测点顶板锚杆前期拉力值较小，在36kN左右稳定，在监测后期距离回采工作面约50m时，顶板锚杆拉力有较明显的增加，距离回采工作面约43m时，顶板锚杆拉力迅速增加，且增加速率加大，分析认为此时该点处岩体应力开始受到回采扰动的影响，且扰动影响逐渐明显。该点处锚杆最大拉力约182kN，处于锚杆抗拉强度范围之内。拉力变化见图5。

图5 152m点锚杆拉力变化图

3.3 围岩应力监测

观测点处岩体前期应力值较小，在3MPa左右稳定，在监测后期距离回采工作面约50m时，岩体应力有较明显的增加，距离回采工作面约43m时，岩体应力迅速增加，且应力增加速率加大，分析认为此时该点处岩体应力开始受到回采扰动的影响，且扰动影响逐渐明显。该点处最大应力约22.3MPa，处于岩体支护强度范围之内。应力变化见图6。

图6 152m点围岩应力变化图

4 结论

根据监测数据可知：306轨道顺槽巷道超前矿压显现距离约为43m，此距离可作为预警距离，根据43m范围内巷道所受的应力、位移变化情况，应有针对性采取提高支护强度措施，如加密临时单体支护、施工补强锚索。