基于危險區域的巷道圍巖穩定性動態監測

許海濤

(山西能源學院 礦業工程系，山西 晉中 030600)

基于危險區域的巷道圍巖穩定性動態監測

許海濤

(山西能源學院 礦業工程系，山西 晉中 030600)

在煤礦開采過程中，為準確地了解巷道容易出現不穩定部分的支護是否合理，采用無線礦壓監測系統對洪崖煤礦9#煤層9303工作面巷道圍巖穩定性進行分析。該系統可以持續得到動態數據，通過數據分析，可以使設計與施工更為合理有效，從而使生產更順利。

圍巖穩定性；無線礦壓監測系統；結構探測；動態數據

巷道無線礦壓監測系統采用有線CAN總線與WIFI無線傳輸技術，可同時對井下多條巷道進行在線監測，且互不干擾。

該系統采用全新的采集模式，只要巷道頂板產生1 mm(可調)的變形或者1 kN(可調)的阻力變化，傳感器即進行數據采集，最短2 s即進行一次數據采集，能夠完整、精確地監測并記錄巷道圍巖發生的細微變化。本文采用該系統對洪崖煤礦9#煤層9303工作面巷道圍巖穩定性進行分析：

1 系統基本情況

該系統地面部分設備主要有：地面傳輸接口，監測主機；井下部分主要有：環網轉換器，礦用無線監測基站，無線錨桿(索)測力計，無線圍巖移動傳感器，無線鉆孔應力計，礦用隔爆兼本安電源。其結構及其主要設備見圖1，圖2，圖3.

圖2 無線圍巖移動傳感器圖

圖3 圍巖移動傳感器安裝示意圖

2 巷道圍巖結構探測觀測方案

錨桿支護屬于隱蔽性工程，圍巖的破壞失穩一般沒有明顯的預兆，支護設計不合理或施工質量不好都有可能導致突發性的頂板垮落、兩幫片落，引發安全事故。因此，錨桿支護指標設計值是依據巷道支護錨桿性能確定的。

1) 圍巖深層位移量。圍巖深層位移量代表的是錨索錨固范圍內圍巖的變形量，而圍巖的變形量必須在錨桿允許延伸的范圍內，深層位移量設計值應小于錨桿最大可延伸長度。

2) 圍巖淺層位移量。圍巖淺層位移量代表的是錨桿錨固范圍內圍巖的變形量，一方面，圍巖的變形量必須在錨桿允許延伸的范圍內，另一方面，錨桿的延伸率大于15%，而錨索的延伸率最大為3%，因此，淺層位移量設計值的確定應著重考慮錨索延伸率，應小于深層位移量設計值。

3) 錨索、錨桿工作阻力。錨桿、錨索工作阻力設計值的確定以支護設計要求為依據，優化后的支護設計要求為：頂錨桿扭矩≥400 N·m，頂錨桿錨固力≥190 kN，幫錨桿扭矩≥400 N·m，幫錨桿錨固力≥190 kN，錨索預應力≥250 kN，錨索錨固力≥400 kN. 錨桿錨索工作阻力設計值應小于錨桿錨索錨固力。

各項指標設計值在滿足以上條件的基礎上，還應留有一定余量，結合現場實際支護情況，得到9303回采巷道礦壓觀測各項指標的設計值，見表1.

表1 回采巷道礦壓觀測各項指標的設計值表

3 巷道危險區域圍巖穩定性測點布置方案

由支護應力主導的巷道危險區和強烈采動影響主導的巷道危險區構成了回采巷道危險區。對于9303運輸巷而言，巷道危險區為142 m、210 m、387 m、432 m、471 m、480 m、960 m、1 120 m、1 405 m、1 570 m、1 735 m、1 991 m、1 868～1 808 m. 9303巷各監測站最終確定的位置為1 808 m、1 758 m、1 570 m，見圖4.

圖4 測站布置平面示意圖

洪崖礦巷道無線礦壓監測系統的布置以測站為單位，在每個測站處選擇1個巷道斷面對圍巖穩定性參數進行實時監測，各測站內部通過無線連接，測站與測站之間采用有線傳輸。每個分站擬對頂板離層及兩幫位移量、頂板及兩幫錨桿工作阻力、頂板及右幫錨索工作阻力、煤體應力等4項進行監測，其中前3項的傳感器安裝見圖5.

圖5 測站內各傳感器布置圖

測站1及測站2對工作面開采側煤體應力進行監測，其中測站1布置4臺鉆孔應力計，深度分別為1 m、2 m、3 m、4 m，間隔距離約為1 m；測站2布置3臺鉆孔應力計，深度分別為5 m、7 m、9 m，間隔距離為2 m；測站3擬對煤柱側煤體應力進行監測，共布置鉆孔應力計5臺，深度分別為1 m、3 m、5 m、7 m、9 m，間隔距離2 m. 煤體應力測站布置見圖6.

圖6 9303運輸巷煤體應力測站布置圖

4 圍巖穩定性監測與評價

洪崖礦9303運輸巷無線礦壓監測系統監測數據在礦調度中心主機頁面上顯示，監測時間為2015.11.01—2015.11.20，頂板離層及兩幫位移數據監測情況見表2，錨桿(索)工作阻力監測情況見表3，煤體應力監測情況見表4.

表2 頂板離層及兩幫位移情況表

表3 錨桿(索)工作阻力監測情況表

表4 煤體應力監測情況表

11月1日及11月20日的錨桿工作阻力和其平均值分別是[23.1 kN，36.8 kN]，29.6 kN；[23.1 kN，38.2 kN]，30.0 kN. 鉆孔應力計初始應力值基本處于區間[1.39 MPa,9.14 MPa]，且其平均值為3.18 MPa.從以上數據可以看出，這些應力數值趨向減小，但是有特殊情況存在，究其原因在于煤體中應力被設備中注油壓力抵消。

9303工作面在檢測過程中需要的儀器安裝在其前方0.05 km和0.1 km處，這些儀器可以記錄數據。通過數據分析可知，隨著時間推移，不進行采煤工作，記錄的數據并沒有太多變化。由此可以推斷，上下部及邊側的巖層依然處于穩定狀態；但是當采煤工作進行后，記錄的數據出現了不同程度地改變，有的十分明顯，說明上下部及兩側巖層受到了采煤工作的影響。

[1] 程 偉，柏建彪.松軟厚煤層巷道圍巖穩定原理與控制技術研究[J].煤炭科技，2010(2)：4-6.

[2] 劉建軍.崔家寨煤礦近距離煤層群開采巷道穩定性分析[J].煤炭科學技術，2009，37(3)：13-16.

[3] 何 杰，方新秋，許 偉，等.深井高應力破碎區巷道破壞機理及控制研究[J].采礦與安全工程學報，2008，25(4)：494-498.

Dynamic Monitoring of Surrounding Rock Stability of Roadway in Danger Area

XU Haitao

In coal mining, the stability of roadway surrounding rock in No.9303 working face in No.9 coal seam in Hongya coalmine is analyzed with the application of wireless mine pressure monitoring system, so as to better review the supporter system accurately, The monitoring system collects dynamic data continuously, by real time data analysis, Improves the design and construction, makes it more reasonable and effective，the production more smoothly.

Stability of surrounding rock; Wireless mine pressure monitoring system; Structural detection; Dynamic data

2016-07-27

許海濤(1986—)，男，山東臨朐人，2013年畢業于太原理工大學，碩士研究生，助教，主要從事煤礦大采高和礦壓方面的研究工作

(E-mail)592452256@qq.com

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1672-0652(2016)10-0032-03