胡颖栋,张玖莘,张 帆,赵 琪

(1.山西潞安矿业(集团)有限责任公司 古城煤矿,山西 长治 046000;2.华北科技学院,北京 101601;3.沈阳焦煤股份有限公司 西马煤矿,辽宁 沈阳 110000)

在巷道支护中,顶板和两帮的围岩塑性区对支护参数和支护方案的选择影响非常明显,如果支护深度小于塑性区范围,那么支护效果将大打折扣。可见,在巷道选择支护参数时,塑性区对支护效果意义重大。为掌握某工作面顶板状况,在巷道掘支前分析其顶板状况。但由于巷道施工和井下生产的复杂性,采用理论计算和数值模拟等方法确定巷道围岩塑性区的精度都不是很高,采用现场实测的方法是精度最高的。本文的现场实测方法采用的是钻孔窥视,在屏幕上即可看到孔壁、孔底的情况。

1 测试仪器

在现场应用过程中,选择的观测仪器是YTJ20钻孔窥视仪,如图1所示。该仪器由探头、探杆、控制器、电源(本安型电源)、显示器5部分组成。在探头处可以实时调节孔内亮度,实现精细化分析;根据不同的探测任务和探测目的进行选择探杆的长度;显示器上可以看到煤壁的破碎和完整状态,同时显示出此时探头的深度。该钻孔窥视仪的工作流程和原理如图2所示。

图1 YTJ20钻孔窥视仪

图2 电子窥视仪结构框图

2 测点布置及窥视

在临近工作面轨道巷内,施工钻孔可掌握15煤的顶板岩层概况。在临近工作面轨道巷内总共施工2个窥视孔,具体施工位置:窥视孔1:距离临近工作面轨道巷与辅运下山交叉100 m处巷道中部,目的是探明工作面近处的顶板岩层概况,窥视孔深度约为10 m.窥视孔2:距离外切眼50 m处巷道中部,目的是探明工作面深处的顶板岩层概况,窥视孔深度约为10 m.位置详情如图3所示。

图3 顶板窥视孔布置示意(单位:m)

2019年5月7日至2019年5月18日,在临近工作面轨顺两个具有不同特征的位置,分别向顶板垂直钻孔进行了窥视。

在钻孔观测过程中,实时记录重点区域的观测成果,根据煤壁的破碎情况选择观测速度和观测角度,并对整个观测过程的实时状态进行录像,记录钻孔内影响资料,为后续对比分析提供基础数据,也能对应分析煤顶板结构分布及破坏情况,掌握采掘过程中顶板的动态变化过程。

3 窥视结果及分析

3.1 窥视孔1顶板窥视分析

在鑫源煤矿井下临近工作面轨顺巷道中,进行了钻孔结构观察。在观测过程中记录下了顶板的破碎状况,为使得结果的直观性对窥测结果中具有代表性的位置进行截图。窥测孔1观测结果如图4所示,截取了不同深度的煤顶板裂隙和节理分布特征和形状。

图4 窥视孔1部分深孔窥视围岩裂隙结果

从观测结果可以看出,在距离临近工作面轨道巷与辅运下山交叉100 m处巷道顶板中部,顶板岩层内未出现明显的破碎带,仅在深度为0～3 m范围内,局部出现节理和裂隙等结构,且节理多为竖向节理,岩层与岩层的交界面上无明显的离层现象。窥视孔1观测表明,距离工作面胶带巷开口较近的巷段,顶板岩层强度和完整性较好。

3.2 窥视孔2顶板窥视分析

窥视孔2的观测结果如图5所示,可直观地反映出煤岩体中节理、层理、裂隙等结构面的分布特征与状况,及现有巷道顶板的实际情况。

从窥视孔2的观测结果可以看出,在某工作面距离外切眼50 m处的临近工作面轨顺巷道中,顶板内破碎严重,存在大量的破坏节理和裂隙,由于破碎的严重也使得岩层间的离层变得不明显,造成离层小的原因主要是破碎充填和岩层不联系破碎衔接。还可以发现在窥视范围小于3 m时节理和裂隙发育非常明显,由于顶板的破碎使得顶板的强度大大降低,在做支护设计和支护方案时必须着重考虑裂隙和节理的影响。

图5 窥视孔2部分深孔窥视围岩裂隙结果

4 结 语

通过对某工作面胶带巷道相隔30 m的临近工作面轨顺顶板岩层的深部钻孔窥视,并对两个钻孔展开图进行分析,得出以下结论:

1) 某工作面顶板较坚硬,但是竖向裂隙较发育,围岩垂直应力明显大于水平应力;

2) 顶板在3 m范围内的破碎状态严重,在3 m后顶板的破碎状况逐渐减小。