特厚煤層綜放開采回采巷道鉆孔應力監測研究

張文權

（同煤集團 同家梁礦，山西 大同 037003）

特厚煤層綜放開采時，覆巖運動規律和礦壓顯現規律不同于常規開采煤層[1-4]。本文以大同礦區同家梁礦為研究背景，通過對回采巷道深部圍巖的鉆孔應力監測，分析巷道圍巖應力的時空演化規律，為回采巷道礦壓顯現規律和巷道支護設計提供指導。

1 工作面概況

同家梁礦8103工作面為北一盤區的第7個工作面，與8104工作面之間留設有38m寬的保護煤柱(圖1)。8103工作面對應上覆為永定莊礦侏羅系 9#、11#、12#、14#和 15#層采空區，其中對應侏羅系14#層為永定莊礦8218、8216等多個采空區，其間留有縱橫交錯的巷間煤柱，與該層間距為139～147m。工作面煤層厚度15.2～25.92m，平均18.59m。煤層傾角為1～4°，平均為2°。8103工作面老頂為含礫粗砂巖及粉砂巖，直接頂為含礫粗砂巖，直接底為高嶺質泥巖。5103巷為8103工作面回風順槽，巷道斷面為矩形，凈寬5000mm，凈高3700mm。2103巷為8103工作面運輸順槽，巷道斷面為矩形，凈寬5600mm，凈高3400mm。

圖1 8103、8104工作面位置關系

2 鉆孔應力測定布置與設備安裝

分別在2103、5103巷道內各布置2個監測斷面。根據上覆侏羅系煤層殘留煤柱的分布特征，確定5103巷1#監測斷面距離開切眼780m，2#監測斷面距離開切眼1050m；確定2103巷3#監測斷面距離開切眼450m，4#監測斷面距離開切眼1030m。每個監測斷面均布置巷道頂板離層監測、錨桿(索)動態錨固力監測、煤柱應力監測。

通過在煤層或巖層中打水平鉆孔，將GMC20應力傳感器安裝到鉆孔深部，煤層或巖層應力直接作用到傳感器上，傳感器輸出信號通過二次儀表測量。通過觀測不同深度煤柱的應力分布情況判斷與評價煤柱穩定性。在1#～4#監測斷面均設置區段煤柱應力監測點。各監測斷面煤柱側幫在5～20m深度范圍布置3個應力監測點，回采側幫在5～30m深度范圍布置3個應力監測點，由于打鉆過程中鉆孔坍塌，部分測點未達到預定深度，實際測點布置見表1。

表1 巷道監測設備安裝統計表

3 特厚煤層回采巷道鉆孔應力演化規律研究

3.1 5103巷道鉆孔應力監測數據分析

圖2和圖3為1#監測斷面和2#監測斷面的錨桿(索)應力變化曲線圖。由圖2可知，1#監測斷面鉆孔應力總體呈上升趨勢，8104工作面推過1#監測斷面512m和569m時，對應8104工作面第61次和第64次周期來壓，回采側18m鉆孔應力和煤柱側5m深鉆孔應力發生小幅度變化；隨著8104工作面繼續推進，8104工作面的第65次、第68次、第70次、第73次和第75次周期來壓，對1#監測斷面鉆孔應力的變化影響明顯，應力大小變化幅度較大。

圖2 1#監測斷面(采位780m)實體煤幫鉆孔應力變化

由圖3可知，2#監測斷面鉆孔應力整體呈上升趨勢，隨著8104工作面的推進，8104工作面第61次、第64次、第66次、第68次、第70次、第73次和第75次周期來壓，對5103巷道2#監測斷面鉆孔應力變化影響明顯；應力變化幅度相對5103巷1#監測斷面較小，鉆孔應力基本呈線性上升的趨勢。

圖3 2#監測斷面(采位1050m)實體煤幫鉆孔應力變化

3.2 2103巷道鉆孔應力監測數據分析

圖4和圖5為2103巷3#斷面、4#斷面處的離層變化曲線圖。由圖可以看出，部分鉆孔壓力較小，由于鉆孔應力計安裝初期沒有被壓實。鉆孔應力呈上升趨勢，3#監測斷面在8104工作面第71次、第73次和第75次周期來壓鉆孔應力變化顯著，4#監測斷面在8104工作面第73次和第75次周期來壓鉆孔應力變化顯著。

圖4 3#斷面(采位450m)實體煤幫鉆孔應力變化

圖5 4#斷面(采位1030m)實體煤幫鉆孔應力變化

4 結論

（1） 5103巷位于侏羅系煤柱下的1#監測斷面鉆孔應力變化幅度較大，受臨近采空區頂板運動及上部侏羅系煤柱影響，煤柱應力發生躍遷頻繁。

（2）5103巷不同深度位置的煤柱受力狀態不同，越靠近采空區側煤柱受力越大，相對應力值最大達5MPa，伴隨鄰近工作面的周期來壓，越靠近采空區的煤柱應力周期性躍升越明顯。