王村煤礦斜井10號煤體支承壓力現場實測分析*

摘 要：近年來，澄合礦區煤層開采深度逐漸增加，底板水害問題越發突出，帶壓開采無疑成為渭北深部井田開拓開采的普遍方法，而分析采煤工作面支承壓力可為其提供基本實測數據參數。文章依據王村煤礦斜井10號煤層某工作面開采實際情況，對王村煤礦斜井煤體支承壓力開展了現場實測，得出了采煤面煤體內部支承壓力的分布規律，得到了煤體支承壓力峰值系數，為理論計算提供可靠參數保證。

關鍵詞：王村煤礦斜井；10號煤層；帶壓開采；支承壓力

1 礦井概況

王村煤礦斜井位于渭北石炭二疊紀煤田澄合礦區中南部，地處陜西省澄城縣東部，行政區劃隸屬于澄城縣莊頭鄉管轄。井口位置在澄城縣莊頭鄉李家河村境內，西距澄城縣城8km，東距合陽縣城11.5km，距西韓鐵璐合陽東站6km。

隨著礦井開采強度增加，深度不斷延伸，10號煤層底部奧陶紀灰巖高承壓水的危害日趨加劇，造成煤炭開采存在隱患，嚴重影響礦井正常安全生產，而10號煤層深部采動底板突水又是該礦區水害的主要形式，研究其采煤工作面煤體支承壓力可為其帶壓開采理論研究提供基本的數據參數。

2 振弦式混凝土應力計工作原理

本次王村煤礦斜井10號煤層工作面支承壓力監測設備采用XL-YSYLJ型振弦式巖石應力計用于測量彈性巖體中應力變化，應力計包括可緊嵌入巖石鉆孔內的高強度剛性探測環，探測環由于巖石應力變化而產生變形，通過張拉在另一個直徑上的鋼弦測量出來，巖石應力的變化引起張拉鋼弦的共振頻率的變化，兩者的關系通過每個應力計的標定數據得出。

3 煤體支承壓力監測設計方案

本次方案中XL-YSB型振弦式巖石應力計用于觀測某工作面的超前支承壓力和側向支承壓力分布特征，設計在某工作面回風巷煤體中布置2個鉆孔監測斷面，兩孔相距10m，深入煤體8m，這2個鉆孔位置分別于底板采動破壞深度監測點相對應。鉆孔及應力計在工作面內的布置參數如表1所示。

表1 第1-2號鉆孔應力計法監測鉆孔設計

4 煤體支承壓力監測及鉆探設備

4.1 監測設備

本次在王村煤礦斜井某工作面底板采動變形破壞監測使用XL-DSY01讀數儀進行觀測。

4.2 鉆探設備

為得到在工作面開采的過程中，煤層對底板的變形破壞的特征和支承壓力峰值系數，為第6章的煤層底板采動破壞深度提供數值依據。本次在煤體中埋設XL-YSYLJ型振弦式巖石應力計用于測試，使用XL-DSY01讀數儀進行觀測。

鉆探設備：使用MK-4型井下專用坑透鉆。

鉆具組合：采用內絲鉆桿，φ75金剛石鉆頭，保持足夠的鉆壓的條件下加設防斜扶正器；取芯鉆具：采用φ75×1500mm的巖心管；沖洗液：采用全孔清水鉆進。

5 煤體支承壓力監測結果分析

在某工作面所測的數據所對應繪制的變形曲線如圖1、2所示。

本實驗監測結果分析如下：

（1）從整體來看，所測巖石應力計的變形曲線與煤體支承壓力的原理基本吻合。

（2）從過程上分析如下：a.45.7-27.9m的階段：煤體處于原巖應力區。這一過程中煤體的支承壓力基本保持不變。b.27.9-7.1m的階段：煤體處于彈性區。這一過程中煤體的支承壓力一直在增大，直到應力峰值點。c.7.1-8.6m的階段：在此階段內應力到達了峰值。d.7.1-0.0m的階段：此階段煤體處于塑性區。這一過程中的支承壓力一直在減小。

（3）從第（2）中的分析得知：在7.1-8.6m的階段應力達到了峰值，在45.7-27.9m的階段煤體處于原巖應力區。代入相關的數值，由應力峰值系數K=P3/P1得出K≈3.2。

圖1 1號巖石應力計的變形曲線

圖2 2號巖石應力計的變形曲線

6 結束語

本章對王村煤礦斜井10號煤層某工作面煤體支承壓力進行了現場監測，研究了煤體內部應力的分布規律、受力發生變形的過程，得到了應力峰值系數K≈3.2，為帶壓開采理論計算提供實測依據。

參考文獻

[1]臧思茂，崔芳鵬，王書強，等.團柏煤礦下組煤開采底板突水防治技術與對策[J].煤炭科學技術，2011，39（6）：93-96.

[2]李昂，谷拴成，陳方方.帶壓開采煤層底板破壞深度理論分析及數值模擬—以陜西澄合礦區董家河煤礦5號煤層為例[J].煤田地質與勘探，2013，41（4）：56-60.

作者簡介：李昂（1981-），男，遼寧鞍山人，博士，從事巖土工程、礦山壓力及煤礦災害治理等教學與研究工作。