黃陵二號(hào)煤礦回采巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)及分析

李曉輝

(陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

當(dāng)前，黃陵二號(hào)煤礦正在開采二盤區(qū)和四盤區(qū)的2#煤層。系統(tǒng)研究二盤區(qū)和四盤區(qū)巷道圍巖的變化規(guī)律，對(duì)實(shí)現(xiàn)開采工作面準(zhǔn)備巷道掘進(jìn)的安全高效推進(jìn)具有十分重要的作用。因而，開展巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)，分析巷道圍巖中的變形與位移特點(diǎn)及其影響因素，摸清巷道圍巖的變形規(guī)律，最終優(yōu)化巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，將為煤炭生產(chǎn)提供有效的技術(shù)支持。

1 巷道破壞現(xiàn)狀

為了后期進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，對(duì)巷道進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)調(diào)查，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)由于開采工作的不斷進(jìn)行，已經(jīng)造成部分巷道不同程度的破壞，巷道破壞主要有以下幾種情形[1-3]。①整體穩(wěn)定，局部掉落—本次監(jiān)測(cè)所處巷道整體較為穩(wěn)定，但局部破壞較為嚴(yán)重，部分區(qū)域有聲響，且煤柱部分位置有掉落現(xiàn)象；②頂部冒落—冒落寬度寬窄不一，有的達(dá)整個(gè)巷道寬度，有的寬度僅有1 m，冒落高度有的高達(dá)3～5 m，有的僅有明顯破裂線，冒落長(zhǎng)度有的長(zhǎng)近30 m，有的僅在5 m左右；③片幫，底臌—巷道產(chǎn)生嚴(yán)重底臌，底臌幾乎遍及整個(gè)巷道，底臌量多達(dá)2 m以上，變形巷道不同程度均出現(xiàn)底臌現(xiàn)象；④錨桿預(yù)緊力小，擴(kuò)散效果差，不能有效控制頂板變形，錨桿桿體強(qiáng)度低，存在拉斷情況。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1 多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)試

用巷道頂板離層指示儀可以測(cè)出每個(gè)測(cè)點(diǎn)處距巷道頂板不同深度的頂板離層量和所在位置，但1個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)出的結(jié)果只能說明測(cè)點(diǎn)自身及其附近巷道頂板的離層情況，要想對(duì)整個(gè)巷道頂板的離層情況進(jìn)行監(jiān)控，則需在巷道內(nèi)每隔一定距離設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，由這些測(cè)點(diǎn)在所要監(jiān)測(cè)的巷道內(nèi)形成一條監(jiān)測(cè)線，定期對(duì)這些測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，就可以達(dá)到對(duì)整個(gè)巷道頂板進(jìn)行監(jiān)測(cè)目的。頂板離層量日常觀測(cè)主要是依靠頂板離層量危險(xiǎn)“臨界值”來判斷頂板是否有垮落的危險(xiǎn)[4-5]。對(duì)每條巷道來說，其巷道頂板離層量的危險(xiǎn)臨界值都應(yīng)有兩個(gè)，即錨桿錨固范圍內(nèi)和錨固范圍外應(yīng)有不同的離層量危險(xiǎn)臨界值。

在實(shí)測(cè)中常用的方法是，當(dāng)發(fā)生巷道頂板垮落現(xiàn)象時(shí)，則直接取此處頂板離層量作為預(yù)報(bào)危險(xiǎn)的臨界值，如果在所觀測(cè)巷道中沒有頂板垮塌現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)也無經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可供類比時(shí)，則可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個(gè)量值較小的離層量作為準(zhǔn)臨界值，在觀測(cè)過程中逐步修正。如在觀測(cè)過程中實(shí)際頂板離層量沒有達(dá)到預(yù)設(shè)值且頂板也無危險(xiǎn)情況發(fā)生，則繼續(xù)使用預(yù)設(shè)值作為臨界值。如在觀測(cè)過程中實(shí)際頂板離層量達(dá)到或超過了預(yù)設(shè)臨界值，但巷道頂板沒有發(fā)生危險(xiǎn)的跡象，則可適當(dāng)加大預(yù)設(shè)臨界值，然后再繼續(xù)觀測(cè)和修正。已有的觀測(cè)結(jié)果可作為以后同類巷道觀測(cè)的準(zhǔn)臨界值，即當(dāng)以后在同類巷道中觀測(cè)時(shí)，可以用此次觀測(cè)沒有發(fā)生頂板垮落危險(xiǎn)時(shí)最大離層量作為臨界值，當(dāng)所觀測(cè)的巷道頂板離層量小于此值時(shí)，則不必修正，如果大于此值，但頂板完好，無危險(xiǎn)跡象，可將臨界值增大至所觀測(cè)到的離層量。

2.2 頂板巖層位移監(jiān)測(cè)孔布置

頂板巖層位移監(jiān)測(cè)孔分別在201輔運(yùn)巷、203膠帶巷、203輔運(yùn)巷、409膠帶巷及409輔運(yùn)巷內(nèi)布孔，203膠帶巷、203輔運(yùn)巷布孔斷面為距掘進(jìn)工作面5 m、25 m、45 m等斷面；其余巷道布孔斷面為任一聯(lián)絡(luò)巷中線位置，及向兩側(cè)20 m、40 m位置斷面。若施工困難，鉆孔位置可適當(dāng)調(diào)整。每個(gè)斷面分別布置頂部孔和幫部孔。鉆孔可采取A、B形式之一(如圖1)。孔深：頂部鉆孔深度10 m，幫部鉆孔深度6 m。孔徑：所有鉆孔孔徑為φ45 mm，可用φ42 mm鉆頭實(shí)現(xiàn)。

a-頂面布置單孔;b-頂面布置雙孔圖1 頂板位移監(jiān)測(cè)孔

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

選用在410膠帶巷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表1～6為監(jiān)測(cè)記錄表。

表1 410膠帶巷多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)記錄表

表2 410膠帶巷多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)記錄表

表3 410膠帶巷多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)記錄表

表4 410膠帶巷多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)記錄表

表5 410膠帶巷多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)記錄表

表6 410膠帶巷多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)記錄表

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)前表中的數(shù)據(jù)，繪制出巷道各測(cè)試斷面頂板離層量與測(cè)試面距回采工作面距離的變化曲線圖，如圖2、3、4所示。

圖2 410膠帶巷3#聯(lián)絡(luò)巷1#斷面多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線圖

由圖2可知，在距回采工作面94 m以外，頂板累計(jì)位移量變化不大，可認(rèn)為頂板基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，沒有發(fā)生離層現(xiàn)象。在距回采工作面94 m以內(nèi)，隨著工作面的推進(jìn)，頂板累計(jì)位移量都不斷增大，2 m處累計(jì)位移量最大為14 mm，4 m處累計(jì)位移量最大為12 mm，8 m處累計(jì)位移量最大為13 mm，10 m處累計(jì)位移量最大為13 mm。

圖3 410膠帶巷3#聯(lián)絡(luò)巷2#斷面多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線圖

由圖3可知，在距回采工作面111 m以外，相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的離層量都很小。在距回采工作面111 m以內(nèi)，隨著工作面的推進(jìn)，頂板累計(jì)位移量都不斷增大。2 m處累計(jì)位移量最大為12 mm，4 m處累計(jì)位移量最大為14 mm，8 m處累計(jì)位移量最大為6 mm，10 m處累計(jì)位移量最大為12 mm。

圖4 410膠帶巷3#聯(lián)絡(luò)巷3#斷面多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線圖

由圖4可知，在距回采工作面85 m以外，相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的離層量都很小。在距回采工作面85 m以內(nèi)，隨著工作面的推進(jìn)，頂板累計(jì)位移量都不斷增大。2 m處累計(jì)位移量最大為12 mm，4 m處累計(jì)位移量最大為13 mm，8 m處累計(jì)位移量最大為12 mm，10 m處累計(jì)位移量最大為10 mm。

4 結(jié)論

(1)在回采過程中，距離回采工作面100 m以外，頂板離層現(xiàn)象不明顯，當(dāng)距離小于100 m時(shí)，頂板開始發(fā)生沉降；在回采過程中，要做好回采工作面100 m范圍以內(nèi)的巷道支護(hù)工作。可根據(jù)實(shí)際情況，局部加強(qiáng)支護(hù)。

(2)回采過程中，巷道頂板最大下沉量為14 mm，可將最大下沉值與臨界沉降值(由錨桿有效伸長(zhǎng)量決定)進(jìn)行對(duì)比，確定支護(hù)方式。

(3)支護(hù)在減小圍巖變形和頂板下沉方面有一定作用，如果沒有支護(hù)或支護(hù)不足，圍巖松動(dòng)范圍將大于監(jiān)測(cè)值。