回采巷道圍巖松動圈厚度的確定

欒龍龍

（淮南礦業(yè)集團謝橋煤礦， 安徽 淮南市 232001）

目前我國煤礦各種回采巷道支護多采用工字鋼支架、U型鋼支護和錨桿支護，國外則廣泛采用錨桿支護，錨桿支護已成為解決圍巖承受采動支承壓力的重要途徑。采用錨桿支護解決采動支承壓力問題，關鍵是確定出巷道圍巖松動圈的厚度，從而選擇相應的支護參數(shù)，并對松動圈加以控制，防止松動圈范圍內(nèi)的圍巖產(chǎn)生離層。

1 監(jiān)測工作面概況

謝橋煤礦監(jiān)測工作設于1161（3）工作面。1161（3）工作面開采煤層為13－1煤層，工作面標高－640．0～716．6m，地面標高＋18．7～＋23．8m。該工作面煤層穩(wěn)定，平均煤厚為5．33m，平均傾角為12．7°。煤層以粉末狀為主，含較多顆粒及少量塊狀，屬半暗半亮型，局部發(fā)育1～2層泥巖或炭質泥巖夾矸，上層夾矸厚度為0～0．7m，局部地段因夾矸變厚，使煤層分層；下層夾矸厚度為0～0．6m。上順槽距切眼253～349m，煤厚為1．5～4．2m，下順槽距切眼363～417m，煤厚為1．6～5．5m。煤層頂板為泥巖及13－2煤復合頂板，底板為泥巖。

本面采用走向長壁、大采高一次采全高綜合機械化采煤法，區(qū)內(nèi)后退式回采，全部垮落法處理采空區(qū)。根據(jù)地質資料提供的數(shù)據(jù)，工作面煤厚1．5～7．3m，平均煤厚5．33m，綜合考慮煤層厚度、煤機最小通過高度及支架最大支撐高度，確定工作面最低采高不小于4．3m，煤層增厚處最大采高不得大于6．3m。初放期間采高控制為4．3～5m。

2 監(jiān)測方案與布置

對工作面巷道的兩幫煤體進行松動圈測試，以了解兩幫煤體的松動范圍、塑性區(qū)分布，確定礦壓顯現(xiàn)作用下圍巖破壞情況。測試儀器采用U510非金屬超聲波探測儀。回采巷道圍巖松動圈監(jiān)測布置如圖1所示。測試采用一發(fā)一收的單孔測試探頭，發(fā)射與接收探頭之間的距離為200mm。監(jiān)測方案如下。

圖1 回采巷道圍巖松動圈監(jiān)測平面布置

（1）鉆進測量孔。可用普通煤幫錨桿鉆機（煤電鉆）鉆孔，每一個測點鉆2個平行鉆孔，鉆孔打在腰線位置，鉆孔方位向下有一定的扎角。

（2）清孔與充水。將鉆孔內(nèi)煤粉、鉆渣清理干凈，通過測試探頭配套的可接長銅管將測試探頭送入孔底，然后將充水管送入鉆孔充水。

（3）測試過程。鉆孔內(nèi)充滿水后，調整閥門，使鉆孔內(nèi)保持滿水狀態(tài)，然后緩慢均勻的拉動可接長銅桿，拉出探頭。隨探頭的拉出，每隔10cm讀數(shù)一次，直到換能器完全脫離鉆孔。隨著鉆頭在鉆孔的位置不同，即距巷幫深度不同，測試儀上的讀數(shù)隨之變化。測量結束后，利用計算機數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，將效果最好的、并且具有代表性的讀數(shù)作為測量結果的最終分析數(shù)據(jù)。

（4）測站布置。測站布置在距工作面前方30，50和100m處，每個測站在巷道的上幫和下幫設2個監(jiān)測斷面。

鉆孔俯視圖如圖2所示。

圖2 測試鉆孔示意

3 監(jiān)測結果分析

由于松動圈內(nèi)巖石破碎，超聲波在破碎巖體中傳播時遇到破裂面的反射，導致超聲波在松動圈破碎巖體內(nèi)的傳播速度要小于完整巖體中的傳播速度。監(jiān)測結果見圖3～圖5。圖3為上順槽距離工作面100m時的聲速曲線，可以發(fā)現(xiàn)巷道上幫在1．8m處聲速突然變小，聲時增加，即出現(xiàn)松動圈，底板松動圈范圍為0～1．8m。圖4為上順槽距離工作面50m時的聲速曲線，與距離100m處的相差不大。圖5為上順槽距離工作面為30m時的聲速曲線。

圖3 上順槽距離工作面100m處聲速曲線

圖4 上順槽距離工作面50m處聲速曲線

圖5 上順槽距離工作面30m處聲速曲線

距離工作面不同距離的松動圈范圍如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)距離工作面50m之前，松動圈范圍在1．8m開始出現(xiàn)；距離工作面30m時，受采場采動應力的影響，巷道高幫松動圈范圍擴大至2．6m，低幫松動圈范圍亦擴大至2．4m，松動圈的擴大導致巷道錨桿錨固作用失效，巷道變形量加大。

表1 距工作面不同距離松動圈范圍

4 結 論

為了研究巷道的支護狀況，特別是回采期間引起的巷道周邊煤體內(nèi)壓力對巷道形變的影響，揭示回采巷道錨網(wǎng)支護的整體作用機理，對回采工作面巷道圍巖松動圈大小進行了現(xiàn)場監(jiān)測，結果如下。

在上順槽未受采動超前支承應力的影響下，巷道高幫松動圈為1．8m，低幫松動圈為1．6m；在距離工作面30m處，由于超前支承應力的影響，上順槽圍巖高幫松動圈直徑增加至2．6m，低幫增大至2．4m。松動圈的擴大導致巷道錨桿錨固作用失效，巷道變形量加大。

［1］ 初明祥，顏景光．回采巷道松動圈厚度的確定與控制［J］．煤炭科學技術，2003，31（9）：47－50．

［2］ 劉 剛，宋宏偉．圍巖松動圈影響因素的數(shù)值模擬［J］．礦冶工程，2003，23（1）：1－3．

［3］ 畢遠志，朱贊成．利用松動圈原理確定錨桿支護參數(shù)的方法［J］．江南大學學報，2006，5（2）：241－245．

［4］ 呂兆海，李立波．大傾角大采高工作面采場運動規(guī)律研究［J］．采礦技術，2010，10（4）：46－49．

［5］ 王社欣，李 沖．深部礦井軟巖回采巷道圍巖松動圈厚度的確定與控制［J］．礦業(yè)研究與開發(fā)，2009，29（1）．

［6］ 劉 慶，安里千，劉升貴，等．萬年礦巷道圍巖松動圈的檢測與支護優(yōu)化探討［J］．礦業(yè)研究與開發(fā)，2008，28（6）：31－33．