李海鹏，吕大钊，吴学明，聂书遥，陈 晨，关欣杰

（1.陕西彬长孟村矿业有限公司，陕西 咸阳 713600；2.陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，西安 710065）

1 概 述

近年来，煤矿动力灾害越来越被重视[1～2]。冲击发生时，煤岩体产生“咚、嗵”的闷声响，不时伴有岩体震动，有时造成支架折损、底板崩起、锚固体脱落等动力灾害，已成为影响矿井安全生产的灾害之一。然而，在冲击矿压的研究过程中[3～5]，对巷道顶板离层特征研究关注较少，关注力度不够。本文采用顶板离层数字观测法，对冲击矿压巷道顶板离层特点进行了实测与对比分析，为现场冲击矿压防治提供科学参考。

彬长矿区某矿采掘深度平均640m，主采4#煤层，硬度系数 2～3，煤层厚度 0.8～26.20m，倾角小于5°，具有强冲击倾向性。矿井构（含有两个向斜和3个背斜褶曲）造应力强，顶板坚硬，开拓巷道均布置在煤层中部，顶板留有8～12m厚的顶煤。工作面两侧采用双巷布置方式（见图1），巷道间煤柱宽度为20m。

图1 采掘工程平面图

工作面两侧巷道开拓后，冲击矿压频繁，局部区域曾多次发生“煤炮”、顶板急剧下沉等典型动力现象。本文通过对该矿401盘区工作面顺槽巷道、中央二号回风大巷及中央二号辅助运输大巷掘进面开展了顶板离层观测，为冲击矿压巷道安全维护提供参考。

2 巷道顶板离层现场观测试验

2.1 未解危前掘巷顶板离层观测

巷道掘进中的顶板离层仪安装如图2所示。安装前要先将离层仪器及各部位检查好，使用专用安装杆安装，钻孔孔径300mm，孔深9m。测点设在巷道断面的中部，从401盘区大巷口开始向里每掘进50m安设一组顶板离层仪，保障至少每2d观测一次，顶板离层仪选择安装在7m和3m两个深、浅基准位，不同地段稍加调整，安装深度为8m、3m。

观测的巷道断面为小弧拱形断面，采用“锚杆+钢筋网+锚索+钢板”支护形式，区段煤柱宽度为20m。顶板锚杆采用MG335左旋高强螺纹钢锚杆，长度20×2300，间排距700mm×700mm；采用6钢筋网，尺寸1500mm×800mm，Q235方形钢托板；锚索采用 15.24×7100 钢绞线，“2-3”布置，排距 2100，Q235碟形钢板，尺寸150×150×8mm。

图2 掘进面巷道顶板离层仪安装图

图3 灌浆巷掘进面顶板离层实测统计

1）首采面灌浆巷掘进中顶板离层观测结果如图3(a,b)所示。选取的1#、2#测点正好位于向斜轴部附近。1#测点距离向斜轴部最近，在3m以内（最为严重）和3～7m之间均有大的离层，深、浅位离层量在65～97mm之间。2月25号后，1#测点在冲击矿压作用下离层仪瞬间损坏，顶板下沉明显；2#测点深、浅部离层量在18～21mm左右，离层位置在3m以内，离层变形曲线均呈不规则、非线性变化，深、浅位岩层离层变化在10～64天趋于稳定。

2）首采面回风顺槽掘进面顶板离层观测结果如图4（a～d）所示。灌浆巷与回风巷处于一侧，选取2#、3#、6#、7#测点（距离巷口310m）离层观测结果。

由图可以看出，深、浅位基点之间的离层不明显，离层位置在3m以内。离层变形曲线呈明显的非线性变化，变形稳定周期长，在14～58天基本趋于稳定。

图4 回风巷掘进面顶板离层实测统计

3）首采面运输顺槽掘进中顶板离层观测结果如5(a～d) 所示。选取 1#、8#、9#、10# 测点 （距巷口102m～560m）离层情况。

图5 运输巷掘进面顶板离层实测统计

由于8#、9#、10#测点距离向斜轴部距离近，深部离层量变化范围在40mm～165mm，浅部离层量变化范围在55mm～77mm。离层位置在3m以内和3m～7m之间都有。离层曲线具有非线性变化特征，深浅位离层变化在12～46天后基本趋于稳定。

2.2 冲击解危后掘巷顶板离层观测

现场采取“深孔爆破断顶+大孔径卸压”的冲击矿压解危工艺[6～8]。解危后的顶板离层观测选取在401105回风巷、中央二号回风大巷及中央二号辅助运输大巷开展。

每个巷道顶板安装3个测点，总共安装9个测点，安装位置均在掘进迎头和迎头后方25m巷道中轴处。深、浅位基点设计7m和3m、5m和2m、8m和2m三个方案，有利于判断离层发生的位置。

由图6(a,b)可以看出，401105工作面回风巷掘进面迎头处离层较明显，位置在迎头煤层顶板上方3～5m位置，后方25m离层位置在顶板上方3m以下，离层变化在6～13天趋于稳定。

图6 401105回风巷掘进面顶板离层实测统计

图7 中央二号回风大巷顶板离层实测统计

由图7(a,b)可以看出，迎头煤层顶板上方0～3m位置出现离层，离层量最大值5mm；3m～7m之间离层不明显，0～7m顶板累计离层量6mm。迎头后方25m处离层只有1mm，煤层顶板基本无离层。整体上，中央二号回风大巷迎头上方离层显著，位置在迎头煤层顶板上方0～2m位置，离层最大值17mm；后方25m离层基本无变化。迎头至后方25m处的离层量变化在6～11天后趋于稳定。

中央二号辅助运输大巷受中央胶带输送机大巷和中央二号回风大巷双重掘进影响，且也受水平构造应力影响，离层量相对较大。

由图8(a,b)可以看出，整体上，中央二号辅运大巷迎头处离层明显位置在煤层顶板上方2～5m位置，离层量值在57mm～86mm之间；后方25m离层位置在顶板上方5～8m位置和2～5m位置。离层变化在5～9天趋于稳定。

图8 中央二号辅运大巷顶板离层实测统计

3 结 论

1）巷道冲击矿压解危前，离层位置在顶板上方0～3m和3m～7m之间均有发生，当测点位于构造带及煤柱附近时，离层量更为显著，深部离层值20mm～260mm，浅部离层值 22mm～180mm，测点间离层量差值很大；部分测点被损坏，无数据，瞬间破坏性强。顶板深、浅部离层稳定周期长，稳定时间分别为7～64天和14～58天（各测点取最大值集合）。

2）巷道冲击矿压解危后，离层主要发生在迎头顶板上方0～5m位置，离层变化在6～11天趋于稳定，最大离层量1～86mm。迎头后方25m离层位置主要发生在煤层顶板上方 2～5m和 5～8m位置，离层量0～1mm。冲击解危后，高能量“煤炮声”得以有效解决，研究结果为现场冲击矿压防治提供科学参考。