沿空留巷隔離墻體支承壓力現(xiàn)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(nèi)部支承壓力隨著采煤工作面推進(jìn)的演化關(guān)系開展了現(xiàn)場實測技術(shù)研究，其研究成果對后續(xù)類似工程的順利實施起到了借鑒作用。

關(guān)鍵詞：沿空留巷；支承壓力；現(xiàn)場實測；巷旁支護(hù)

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(qū)上山370中巷以西，南一280專回以東，南一采區(qū)上山系統(tǒng)巷道以南100～180m位置。3212Ⅱ期軌道巷向北平距30m為工作面進(jìn)風(fēng)巷，向北平距210m為工作面運輸巷，工作面設(shè)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(hù)形式：全斷面錨網(wǎng)帶支護(hù)。頂部采用φ20×2400mm等強(qiáng)螺紋鋼錨桿配合鋼帶、冷拔絲網(wǎng)支護(hù)，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(wǎng)帶配合笆片支護(hù)，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(wǎng)規(guī)格900mm×2300mm，幫部冷拔絲網(wǎng)規(guī)格900mm×3000mm。φ17.8×6200mm鋼絞線錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，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(cè)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(qiáng)度采用C50素混凝土。

2 支承壓力監(jiān)測設(shè)備及鉆孔布置

2.1 監(jiān)測設(shè)備

支承壓力監(jiān)測設(shè)備采用XL-YSYLJ型振弦式巖石應(yīng)力計用于測量彈性巖體中應(yīng)力變化，應(yīng)力計包括可緊嵌入巖石鉆孔內(nèi)的高強(qiáng)度剛性探測環(huán)。該儀器由三部分組成，即圓柱形高強(qiáng)度剛性探測環(huán)，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(huán)之間緊密接觸，使探測環(huán)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(wù)局桑樹坪礦11號煤層3105工作面軌道巷進(jìn)行煤體受采動影響前后的現(xiàn)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(yīng)力計法。

在3105工作面接近鉆場時布置1個鉆孔監(jiān)測斷面，每個斷面在所砌筑的墻體內(nèi)部布設(shè)2個鉆孔應(yīng)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(xiàn)場打孔設(shè)備準(zhǔn)備時間為2014年9月1日～2014年9月6日，現(xiàn)場設(shè)備安裝及測試時間從2014年9月7日開始，至2014年10月底結(jié)束，歷時達(dá)兩個月之久。

3 實測結(jié)果分析

隨著工作面開采，為了節(jié)約成本，留設(shè)無煤柱式的沿空留巷，即將3105工作面運輸巷道經(jīng)采后保留當(dāng)做沿空留巷巷道使用，一側(cè)是已支護(hù)的巷道煤壁，另一側(cè)是人工砌筑而成的混凝土墻，共同構(gòu)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(xiàn)場實際設(shè)備安裝情況，將支承壓力監(jiān)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(yīng)力值。現(xiàn)場共布置了一組煤柱支承壓力監(jiān)控區(qū)，該測區(qū)布置了3個鉆孔應(yīng)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(yīng)力傳感器設(shè)備具有穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點，所得數(shù)據(jù)可反映出煤體支承壓力隨著工作面開采的變化規(guī)律，并為底板采動破壞深度提供理論數(shù)據(jù)和依據(jù)。

回采11號煤的3105工作面設(shè)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(jìn)，據(jù)現(xiàn)場實際情況測試段進(jìn)行了現(xiàn)場鉆孔、取巖芯樣本，按照鉆孔設(shè)備，對測試段采用護(hù)幫管，護(hù)幫管距離傳感器應(yīng)保持半米以上距離，否則將影響觀察結(jié)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(shù)據(jù)未采集到，而15號測點雖然數(shù)據(jù)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(xiàn)傾斜，所測得數(shù)據(jù)并未反映出頂板垂直應(yīng)力變化規(guī)律，數(shù)據(jù)變化較平緩（圖2）。故此本次數(shù)據(jù)分析以測點14號孔混凝土墻頂部支承壓力實測數(shù)據(jù)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(jìn)以及頂板活動的變化規(guī)律。測點14號鉆孔的應(yīng)力變化情況如下：

混凝土墻中部（1.5m深）的14號測點對應(yīng)的數(shù)值應(yīng)為采空區(qū)邊緣的混凝土墻頂部垂直應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)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(xiàn)場鉆窩對面的混凝土墻未砌筑前準(zhǔn)備-護(hù)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(yù)應(yīng)力-傳感器設(shè)備調(diào)試-讀取首次數(shù)值，14號鉆孔應(yīng)力傳感器的設(shè)備編號為“19458”，該設(shè)備經(jīng)由安裝桿所施加預(yù)應(yīng)力的讀數(shù)2546με，所對應(yīng)的壓強(qiáng)值達(dá)到2.22MPa，此時3105工作面距離14號鉆孔應(yīng)力傳感器測點距離為5.4m（采后設(shè)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(shù)k=1）；2014年10月4日，當(dāng)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(qū)進(jìn)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(wěn)變化，此時工作面距14號測點33.5m；到10月17日，曲線應(yīng)力稍有下降，這主要是靠近測點處的混凝土墻頂板發(fā)生了折斷，現(xiàn)場生產(chǎn)人員聽到巖梁折斷的聲音后，于10月16日下井觀測發(fā)現(xiàn)支承壓力值降了0.16MPa，直至10月19日監(jiān)測數(shù)據(jù)基本上趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生變化，工作面已推過14號測點40m，此時混凝土墻頂部應(yīng)力基本穩(wěn)定，說明頂板巖層運動已經(jīng)穩(wěn)定并沉降到壓實采空區(qū)的冒落矸石，底板矸石壓實應(yīng)力將不再增加，底板采動破壞深度亦應(yīng)不再繼續(xù)向深部延伸，基本上應(yīng)保持在工作面距測點33.5m時的深度范圍。

4 結(jié)束語

隨著工作面開采，為了節(jié)約成本，留設(shè)無煤柱式的沿空留巷，即將3105工作面運輸巷道經(jīng)采后保留當(dāng)做沿空留巷巷道使用，一側(cè)是已支護(hù)的巷道煤壁，另一側(cè)是人工砌筑而成的柔模墻，共同構(gòu)成沿空留巷，將支承壓力監(jiān)測傳感器布置在柔模墻頂部與頂板巖層相互銜接處，現(xiàn)場共布置了一組柔模墻體支承壓力監(jiān)控區(qū)，該測區(qū)布置14號、15號的2個鉆孔應(yīng)力傳感器，其中柔模墻中部（1.5m深）的14號測點對應(yīng)的數(shù)值應(yīng)為采空區(qū)邊緣的柔模墻頂部垂直應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)律，即柔模墻頂部支承壓力，現(xiàn)場鉆窩對面的柔模墻未砌筑前準(zhǔn)備-護(hù)壁套管綁定-傳感器放置-柔模墻充填并施壓-傳感器施加預(yù)應(yīng)力-傳感器設(shè)備調(diào)試-讀取首次數(shù)值，當(dāng)工作面推過14號測點40m，此時柔模墻頂部應(yīng)力基本穩(wěn)定，說明頂板巖層運動已經(jīng)穩(wěn)定并沉降到壓實采空區(qū)的冒落矸石，底板矸石壓實應(yīng)力將不再增加。

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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(zhì)與水文地質(zhì)方面研究。