沿空留巷隔離墻體支承壓力現場實測研究

摘 要：桑樹坪11號煤層首采工作面采用無煤柱式沿空留巷方式，巷旁采用砌筑混凝土墻體形式，文章針對混凝土墻體內部支承壓力隨著采煤工作面推進的演化關系開展了現場實測技術研究，其研究成果對后續類似工程的順利實施起到了借鑒作用。

關鍵詞：沿空留巷；支承壓力；現場實測；巷旁支護

1 工作面概況

桑樹坪3105綜采工作面為11號煤層首采面，采用無煤柱沿空留巷方式，地面位于神洞子向北500m、水草塔東南130m處，地面地貌為山峁溝谷地貌，地面高程+671～+772m。蓋山厚度400～530m。3105工作面井下位于南一采區上山370中巷以西，南一280專回以東，南一采區上山系統巷道以南100～180m位置。3212Ⅱ期軌道巷向北平距30m為工作面進風巷，向北平距210m為工作面運輸巷，工作面設計寬度180m，仰斜上山開采，煤層平均厚度約3m，平均采深450m。

巷道斷面，采用13.8m2（凈4.6m寬×3.0m高）矩形斷面。支護形式：全斷面錨網帶支護。頂部采用φ20×2400mm等強螺紋鋼錨桿配合鋼帶、冷拔絲網支護，每排六根矩形布置，每排第一、二根，五、六根錨桿間距700mm，剩余錨桿間距900mm，排距均為1000mm，頂部鋼帶長4.4m，六孔；幫部采用錨網帶配合笆片支護，錨桿為φ22×2000mm自攻固錨桿，矩形布置、每排四根，間排距900mm×1000mm，幫部鋼帶長3.0m，三孔、孔間距900mm。頂部冷拔絲網規格900mm×2300mm，幫部冷拔絲網規格900mm×3000mm。φ17.8×6200mm鋼絞線錨索進行補強支護，錨索間、排距1500mm×1900mm。沿空留巷采用保留工作面軌道巷的形式，開采一側采用澆注混凝土墻的形式，混凝土墻高3.0m，寬3.0m，緊隨工作面開采砌筑該混凝土墻，混凝土強度采用C50素混凝土。

2 支承壓力監測設備及鉆孔布置

2.1 監測設備

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。該儀器由三部分組成，即圓柱形高強度剛性探測環，鋼楔子和壓板。儀器置放到位后，用鋼絲繩拉鋼楔子，使孔壁，壓板，楔子及探測環之間緊密接觸，使探測環能受到孔壁傳來的壓力。該儀器可得出儀器受力后振弦的頻率值，儀器所處的溫度等。

2.2 鉆孔布置

為了獲得沿空留巷混凝土墻體在煤層開采前、后的支承壓力，對韓城礦務局桑樹坪礦11號煤層3105工作面軌道巷進行煤體受采動影響前后的現場觀測工作，本次用于測試巖體采動影響特征的觀測方法采用底板鉆孔應力計法。

在3105工作面接近鉆場時布置1個鉆孔監測斷面，每個斷面在所砌筑的墻體內部布設2個鉆孔應力計，編號為14號鉆孔和15號鉆孔。

2.3 支承壓力實測成果

現場打孔設備準備時間為2014年9月1日～2014年9月6日，現場設備安裝及測試時間從2014年9月7日開始，至2014年10月底結束，歷時達兩個月之久。

3 實測結果分析

隨著工作面開采，為了節約成本，留設無煤柱式的沿空留巷，即將3105工作面運輸巷道經采后保留當做沿空留巷巷道使用，一側是已支護的巷道煤壁，另一側是人工砌筑而成的混凝土墻，共同構成沿空留巷，為了研究采后頂板變化對底板采動的影響，本次支承壓力測點考慮現場實際設備安裝情況，將支承壓力監測傳感器布置在混凝土墻頂部與頂板巖層相互銜接處，在混凝土墻充填混凝土并施加一定壓力后，測得初始應力值。現場共布置了一組煤柱支承壓力監控區，該測區布置了3個鉆孔應力傳感器，距巷幫距離分別為1.0m、1.5m、2.0m，所采用的振弦式應力傳感器設備具有穩定性好、可靠性高等優點，所得數據可反映出煤體支承壓力隨著工作面開采的變化規律，并為底板采動破壞深度提供理論數據和依據。

回采11號煤的3105工作面設計寬度180m，仰斜上山開采，由開切眼向軌道巷檢測段400～500m處推進，據現場實際情況測試段進行了現場鉆孔、取巖芯樣本，按照鉆孔設備，對測試段采用護幫管，護幫管距離傳感器應保持半米以上距離，否則將影響觀察結果的真實性，在工作面距離試驗孔約80m時開始測試，傾向支承壓力（即煤柱支承壓力）傳感器編號14號、15號和16號，由于16號測點在混凝土墻充填過程中將傳感器與測量線路擠壓過大，使得后期測量數據未采集到，而15號測點雖然數據已全部采集到，但是在混凝土墻充填過程中使得傳感器出現傾斜，所測得數據并未反映出頂板垂直應力變化規律，數據變化較平緩（圖2）。故此本次數據分析以測點14號孔混凝土墻頂部支承壓力實測數據分析為例，見圖3所示，圖中曲線反映了混凝土墻頂部支承壓力隨工作面推進以及頂板活動的變化規律。測點14號鉆孔的應力變化情況如下：

混凝土墻中部（1.5m深）的14號測點對應的數值應為采空區邊緣的混凝土墻頂部垂直應力狀態變化規律，即混凝土墻頂部支承壓力。圖3中的測點14號孔實測混凝土墻頂部支承壓力隨煤層開采變化曲線，從2014年10月3日現場鉆窩對面的混凝土墻未砌筑前準備-護壁套管綁定-傳感器放置-混凝土墻充填并施壓-傳感器施加預應力-傳感器設備調試-讀取首次數值，14號鉆孔應力傳感器的設備編號為“19458”，該設備經由安裝桿所施加預應力的讀數2546με，所對應的壓強值達到2.22MPa，此時3105工作面距離14號鉆孔應力傳感器測點距離為5.4m（采后設備安裝）將10月3日測得的2.22MPa作為初始支承壓力值（支承壓力系數k=1）；2014年10月4日，當采面推至14號測點9.9m時，壓力增加至2.49MPa，而后至10月11日，支承壓力在2.74～2.91MPa變化；從10月11日起，支承壓力再次增加，表明頂板壓力因受到頂板來壓的作用采空區進一步壓實所致，才使得支承壓力曲線升高，到10月15日，該曲線才趨于平穩變化，此時工作面距14號測點33.5m；到10月17日，曲線應力稍有下降，這主要是靠近測點處的混凝土墻頂板發生了折斷，現場生產人員聽到巖梁折斷的聲音后，于10月16日下井觀測發現支承壓力值降了0.16MPa，直至10月19日監測數據基本上趨于穩定，不再發生變化，工作面已推過14號測點40m，此時混凝土墻頂部應力基本穩定，說明頂板巖層運動已經穩定并沉降到壓實采空區的冒落矸石，底板矸石壓實應力將不再增加，底板采動破壞深度亦應不再繼續向深部延伸，基本上應保持在工作面距測點33.5m時的深度范圍。

4 結束語

隨著工作面開采，為了節約成本，留設無煤柱式的沿空留巷，即將3105工作面運輸巷道經采后保留當做沿空留巷巷道使用，一側是已支護的巷道煤壁，另一側是人工砌筑而成的柔模墻，共同構成沿空留巷，將支承壓力監測傳感器布置在柔模墻頂部與頂板巖層相互銜接處，現場共布置了一組柔模墻體支承壓力監控區，該測區布置14號、15號的2個鉆孔應力傳感器，其中柔模墻中部（1.5m深）的14號測點對應的數值應為采空區邊緣的柔模墻頂部垂直應力狀態變化規律，即柔模墻頂部支承壓力，現場鉆窩對面的柔模墻未砌筑前準備-護壁套管綁定-傳感器放置-柔模墻充填并施壓-傳感器施加預應力-傳感器設備調試-讀取首次數值，當工作面推過14號測點40m，此時柔模墻頂部應力基本穩定，說明頂板巖層運動已經穩定并沉降到壓實采空區的冒落矸石，底板矸石壓實應力將不再增加。

參考文獻

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作者簡介：楊小剛（1978-），男，甘肅甘谷人，漢族，工程師，主要從事煤田地質與水文地質方面研究。