厚煤层巷道矿压监测支护效果分析研究

2019-07-11李涛

采矿技术 2019年2期

李涛

厚煤层巷道矿压监测支护效果分析研究

李涛

(山西汾西矿业集团双柳煤矿，山西柳林县 033399)

矿压监测是检验巷道支护效果的主要方法之一，以凌志达矿1505厚煤层工作面为研究背景，对该工作面巷道在掘进期间和回采期间进行矿压监测，分别从巷道围岩变形及锚杆、锚索受力情况进行分析研究，结果表明：高强度、高预紧力强力锚杆支护技术在大断面厚煤巷中的使用是可行的，在该矿能有效控制大断面厚煤巷围岩的变形，减少巷道的维修，支护效果良好。

厚煤层；巷道支护；矿压观测；支护效果

井工开采中，井下巷道和工作面的支护设计是整个矿井生产的重要环节。根据实际的矿井地质生产条件，综合考虑可能发生的各种情况，确定与矿井相适应的支护设计，是其核心技术。如何确保支护设计的合理得当，则需要在巷道支护后，进行不间断的矿压观测，确保巷道在经历掘进和回采期间，围岩变形在合理范围内，锚杆索受力在正常受力范围内。

本文以凌志达矿1505厚煤层工作面为研究背景，通过工作面矿压观测的方法，研究该工作面支护效果，研究成果可以检验该矿1505工作面支护设计的合理性。

1 矿压观测方案

凌志达煤矿现开采15#煤层，属复杂结构煤层，煤层倾角为1°~3°，厚度为2.56~6.00 m，平均4.22 m，含0~4层夹矸，夹矸厚0.05~0.93 m，平均0.46 m。工作面设计走向长度为2952 m，停采线230 m，可采走向长度2722 m，倾斜长度207 m，设计采高4.3 m。工作面采用一次采全高的采煤方法。

该煤矿1505工作面顺槽采用高强度高预紧力锚杆锚索支护：锚杆为Φ22 mm×2400 mm高强螺纹钢，每个断面内布置6根顶锚杆，距离巷帮250 mm，均匀布置在巷道顶板，间排距为1000 mm×800 mm；每个断面内8根帮锚杆，距离巷道顶板400 mm，距离巷道底板500 mm，锚杆水平布置，间排距为900 mm×800 mm。

(1) 掘进期间矿压监测。在1505工作面回风顺槽SMG600型锚杆试验段的2360 m和2460 m附近安装了锚杆锚索测力计和巷道表面位移观测测站，用于监测巷道掘进阶段和工作面回采阶段锚杆锚索的受力变化、顶板离层和巷道表面位移变化情况。

(2) 回采期间矿压监测。在1505工作面回风顺槽距回采工作面50，100，150，200 m位置，分别安设4组表面位移观测测站，测量回采期间巷道表面位移变化情况。

2 矿压监测结果及分析

2.1 掘进期间矿压监测结果及分析

(1) 巷道表面位移监测。1505回风顺槽掘进期间表面位移变化曲线如图1所示。由图1可知：第一测站巷道两帮的移近量约为19 mm，该移近量占巷道总宽的0.3%，上帮移近量为11 mm，下帮移近量为8 mm。巷道顶底板之间的移近量为22 mm，该移近量占巷道设计高度的0.6%，其中，巷道底鼓量为14 mm，顶下沉量为8 mm。第二测站巷道变形量虽然在量上有较小的差异，但是基本上和第一观测站观测结果没有本质上的区别，巷道支护达到了预期的效果。

(2) 锚杆受力监测。锚杆受力监测采用GYS-300锚杆测力计进行监测。第一综合测站锚杆编号所对应巷道断面具体位置及锚杆受力曲线见图2。第二综合测站锚杆编号所对应巷道断面具体位置及锚杆受力曲线见图3。由锚杆受力曲线可以看出：锚杆在巷道掘进以后，整体受力较小，随着巷道的掘进以及时间的推移，锚杆受力逐渐增大，当达到一定程度以后，锚杆受力趋于稳定状态。通过图2可以看到，在距离掘进工作面18 m以后锚杆所受到的应力逐渐增大，直到掘进工作面距离测站50 m以后才趋于稳定。通过图3可以看到，测站在布置以后锚杆所受到的应力逐渐增大，直到掘进工作面距离测站52 m以后才趋于稳定。两测站测得最大张力为104 kN，最小张力为53 kN。

(a) 第一综合测站；(b) 第二综合测站

图2 1505回风顺槽掘进期间第一综合测站各锚杆测力计分布及受力变化曲线

2.2 回采期间矿压监测结果及分析

在1505工作面回采期间，对第一综合测站锚杆锚索受力进行了现场监测，结果如图4和图5所示。

图3 1505回风顺槽掘进期间第二综合测站各锚杆测力计分布及受力变化曲线

从图4可以看出，当测站距工作面距离大于110 m时，随着工作面的推进锚杆受力变化很小；当测站与工作面距离在110 m与70 m之间时，锚杆受力开始产生一定的变化，有缓慢增加的趋势；当测站与工作面距离在70 m与20 m之间时，随着工作面的回采，受工作面超前支撑应力的影响，锚杆受力变化极为剧烈，存在突然增大或减小的现象；当测站与工作面距离小于20 m时，靠近8104工作面采空区一侧巷道顶板和侧帮锚杆受力总体上呈现增加趋势，靠近1505工作面一侧巷道顶板锚杆受力增加，侧帮锚杆受力大幅降低。

从图5可以看出，随着工作面的回采锚索受力变化程度明显小于锚杆受力变化程度，测站距工作面距离大于110 m时，随着工作面的回采锚索受力变化很小；当测站与工作面距离大概在110 m与47 m之间时，锚索受力出现一定的波动；当测站与工作面距离在47 m以内时，锚索受力随着工作面的回采逐渐增大。总体来看，中间锚索受力变化程度小于两侧锚索受力变化程度。

在工作面回采期间，分别对1505回风顺槽回采工作面50，100，150，200 m位置进行表面位移观测，测量回采期间巷道表面位移变化情况(见图6)。

图6(a)为距离工作面前方50 m处开始布置测站的观测结果，从图6(a)可以看出，工作面受采动影响较为明显，随着工作面的推进，巷道顶底板和巷帮移近量逐渐增大，特别是距离工作面小于16 m时，工作面两帮移近量为275 mm，顶板移近量为192 mm。

图4 工作面回采期间1505回风顺槽锚杆受力变化曲线

图5 工作面回采期间1505回风顺槽锚索受力变化曲线

图6 回采期间1505回风顺槽各位置表面位移变化曲线

图6(b)为距离工作面前方100 m处开始布置测站的观测结果，从图6(b)可以看出，工作面巷道在78 m以外的范围基本上没有太大变化，在78 mm以内的范围，工作面受采动影响较为明显，随着工作面的推进，巷道顶底板和巷帮移近量逐渐增大，特别是距离工作面5 m时，工作面两帮移近量为280 mm，顶板移近量为140 mm。

图6(c)为距离工作面前方150 m处开始布置测站的观测结果，从图6(c)可以看出，工作面巷道在116 m以外的范围基本上没有太大变化，在116~50 mm范围，工作面受采动影响较为不明显。在50~43 m范围，表面移近量忽然增大。工作面受采动影响较为明显，随着工作面的推进，巷道顶底板和巷帮移近量逐渐增大，特别是距离工作面5 m时，工作面两帮移近量为412 mm，顶板移近量为194 mm。

图6(d)为距离工作面前方200 m处开始布置测站的观测结果，从图6(d)可以看出，工作面巷道在116 m以外的范围基本上没有太大变化，在116~70 mm范围，工作面受采动影响较为不明显。在70~17 m范围，表面移近量加剧。特别是距离工作面8 m时，工作面两帮移近量为405 mm，顶板移近量为252 mm。