特厚煤層孤島工作面巷道礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

張駿義 孫 邈

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦，山西 大同 037001）

1 工作面概況

同忻礦8102 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)1 516.5 m，可采走向長(zhǎng)1 399.5 m，煤層厚18.08 m，其中機(jī)采高度3.9 m，頂煤厚度14.18 m，采放比1:3.6，煤層平均傾角1°。8102 工作面兩側(cè)煤柱均為6 m，均為采空區(qū)。為保證8102工作面回采巷道掘進(jìn)施工安全，研究特厚煤層放頂煤開采下的兩巷圍巖礦壓規(guī)律，設(shè)計(jì)對(duì)2102 巷和5102 巷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤礦壓觀測(cè)。

2 礦壓觀測(cè)設(shè)計(jì)分析

2.1 礦壓觀測(cè)內(nèi)容及相應(yīng)儀器

（1）觀測(cè)內(nèi)容。在井下現(xiàn)場(chǎng)需要觀測(cè)的主要指標(biāo)就是礦壓變化，包括巷道掘進(jìn)期間以及正常采煤過(guò)程，這期間動(dòng)壓變化大，圍巖壓力處于不穩(wěn)定狀態(tài)。具體內(nèi)容包括：巷道四周巖面位移量、圍巖破碎深度、頂板離層厚度、錨桿和錨索受拉力情況[1]。

（2）觀測(cè)儀器。根據(jù)本項(xiàng)目觀測(cè)內(nèi)容，選取表1 所示相關(guān)設(shè)備和儀器。

表1 觀測(cè)儀器

2.2 測(cè)站、測(cè)線布置設(shè)計(jì)

（1）測(cè)站布置設(shè)計(jì)。根據(jù)2102 巷、5102 巷位置以及其與上覆煤層采空區(qū)之間的對(duì)照關(guān)系，將測(cè)站分為三個(gè)部分：① 第一部分位于相鄰采空區(qū)停采線附近，為了觀測(cè)從實(shí)體煤進(jìn)入沿空階段時(shí)巷道壓力變化；② 第二部分位于回采巷道中部對(duì)應(yīng)上覆煤層區(qū)段煤柱與采空區(qū)交界位置，為了觀測(cè)上覆采空區(qū)影響及正常回采階段巷道壓力變化；③ 第三部分距離開切眼較近，為了觀測(cè)上層實(shí)體煤及回采初期階段的巷道壓力變化[2]。

根據(jù)上述觀測(cè)原則，分別在2102 巷、5102 巷道內(nèi)設(shè)置A、B 和C 三個(gè)測(cè)站，具體位置見表2。

表2 測(cè)站位置設(shè)計(jì)

（2）測(cè)線布置設(shè)計(jì)。為了防止監(jiān)測(cè)過(guò)程受外界影響而被打斷或數(shù)據(jù)失效，每個(gè)測(cè)站位置設(shè)計(jì)3個(gè)測(cè)線，間距30 m。下面以2102 巷A 測(cè)站為例，該測(cè)站的3 個(gè)測(cè)線安裝儀器的類型和位置如圖1（其他測(cè)站的測(cè)線安裝與其基本一致）[3]。

圖1 測(cè)站各類儀器位置結(jié)構(gòu)圖

3 礦壓觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.1 巷道表面位移觀測(cè)方法設(shè)計(jì)

（1）測(cè)量設(shè)置。利用“固定木樁法”測(cè)定巷道表面位移情況，四個(gè)基點(diǎn)分別布置在巷道上、下、左、右圍巖的中間位置，在一個(gè)豎直斷面上（圖2）。4 個(gè)木樁基點(diǎn)設(shè)置完成后，立即使用塔尺測(cè)量OA、OD、OB、OC 初讀數(shù)，同時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地填寫在觀測(cè)表上[4]。

圖2 四個(gè)木樁基點(diǎn)位置及尺寸說(shuō)明（m）

（2）觀測(cè)頻度及要求。① 本項(xiàng)目要求測(cè)站內(nèi)各個(gè)測(cè)線每天觀測(cè)一次OA、OD、OB、OC 數(shù)據(jù)，直到巷道圍巖變形穩(wěn)定；② 根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制巷道表面收斂曲線圖，若出現(xiàn)突然增大現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)查明原因并做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。

3.2 圍巖位移狀態(tài)觀測(cè)方法設(shè)計(jì)

（1）測(cè)站測(cè)線測(cè)點(diǎn)布置。為了觀測(cè)不同深度下圍巖位移情況，在同一個(gè)觀測(cè)孔中，深部、中部、

淺部各布設(shè)3 個(gè)測(cè)點(diǎn)。因觀測(cè)孔位置不同，其深測(cè)點(diǎn)深度也不同，具體設(shè)計(jì)如下：① 頂板的深基點(diǎn)距孔口7 m（每隔1 m 安裝一個(gè)測(cè)點(diǎn)）；② 實(shí)體煤側(cè)的深基點(diǎn)距孔口12 m（每隔1 m 安裝一個(gè)測(cè)點(diǎn)）；③ 小煤柱側(cè)中的深基點(diǎn)距孔口5 m（每隔0.5 m 安裝一個(gè)測(cè)點(diǎn)），安裝結(jié)構(gòu)如圖3[5]。

圖3 巷道圍巖位移觀測(cè)設(shè)計(jì)（m）

（2）觀測(cè)頻度及要求。① 根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)，使用圍巖多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)量各測(cè)點(diǎn)刻度筒讀數(shù)，并將各測(cè)點(diǎn)的刻度1、2、3……10 的讀數(shù)分別記錄下來(lái)；② 掘進(jìn)頭附近（不大于50 m）的測(cè)站是重點(diǎn)觀測(cè)對(duì)象，每班觀測(cè)記錄一次，其他測(cè)站一天一次[6]。

3.3 頂板離層動(dòng)態(tài)觀測(cè)設(shè)計(jì)

（1）測(cè)站測(cè)線測(cè)點(diǎn)布置。在2102 巷及5102巷中，頂板離層儀安裝在巷道中心線位置，安裝間隔50 m，深基點(diǎn)要確保在8 m 深度，淺基點(diǎn)2.5 m深度，安裝結(jié)構(gòu)如圖4[7]。

圖4 頂板離層觀測(cè)安裝圖

（2）觀測(cè)頻度及要求。① 相關(guān)儀器安裝應(yīng)及時(shí)、快速，待頂板暴露即安裝。根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)，測(cè)量長(zhǎng)短刻度筒讀數(shù)并記錄；② 掘進(jìn)頭附近（不大于50 m）的測(cè)站每班觀測(cè)記錄一次，其他測(cè)站一天一次。

3.4 錨桿錨索動(dòng)載拉力測(cè)試方法

（1）測(cè)站測(cè)線測(cè)點(diǎn)布置。錨桿、錨索受力觀測(cè)設(shè)置三個(gè)測(cè)站，A、B 測(cè)站分別設(shè)置三條測(cè)線，C測(cè)站設(shè)置一條。其中A、B 兩個(gè)測(cè)站安裝9 個(gè)錨桿和4 個(gè)錨索拉力計(jì)，C 測(cè)站安裝9 個(gè)錨桿和2 個(gè)錨索拉力計(jì)。

（2）觀測(cè)頻度及要求。① 拉力計(jì)安裝應(yīng)及時(shí)、快速，待頂板暴露即安裝。根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)，測(cè)量長(zhǎng)短刻度筒讀數(shù)并記錄；② 掘進(jìn)頭附近（不大于50 m）的測(cè)站每班觀測(cè)記錄一次，其他測(cè)站一天一次。

3.5 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.5.1 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2102 巷兩幫移近量及變形速率如圖5（左）所示。由圖可知：（1）隨著距離煤壁越來(lái)越遠(yuǎn)，兩幫移近量和變形速率均在顯著減小。在距離煤壁30 m范圍內(nèi)，移近量值由360 mm 降低至95 mm，變形速率由80 mm/d 降低至25 mm/d。（2）距離煤壁超過(guò)30 m 后，巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)完備，此時(shí)兩幫移近量由95 mm 緩慢降至80 mm，最后逐漸趨近于0，變形速率由25 mm/d 逐漸趨近于0，變化過(guò)程平緩。

圖5 2102 巷兩幫（上）和頂?shù)装澹ㄏ拢┮平考白冃嗡俾时O(jiān)測(cè)曲線

2102 巷頂?shù)装逡平考白冃嗡俾嗜鐖D5（右）所示。由圖可知：（1）頂?shù)装逡平亢妥冃嗡俾收麄€(gè)趨勢(shì)與兩幫基本一致，也是以距離煤壁30 m為分界點(diǎn)，前后發(fā)生顯著變化。（2）頂?shù)装遄冃嗡俾瘦^兩幫值顯著增大，最高值達(dá)到160 mm/d，然后快速降至80 mm/d。

3.5.2 巷道頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2102 巷頂板離層監(jiān)測(cè)曲線如圖6 所示。由圖可知：（1）不管是錨固區(qū)內(nèi)還是區(qū)外，頂板離層值均隨著距離煤壁值增大而減小，前30 m 變化速率較大，之后緩慢減小。（2）在錨固區(qū)之外，頂板離層最大值達(dá)到68 mm，在錨固區(qū)內(nèi)離層最大值約為38 mm，且距煤壁超過(guò)30 m 后基本就不再離層。因離層超過(guò)20 mm 就會(huì)有冒頂風(fēng)險(xiǎn)，所以需要適當(dāng)加大錨桿密度，防止頻繁出現(xiàn)冒頂事故。

圖6 2102 巷頂板離層監(jiān)測(cè)曲線

4 結(jié)語(yǔ)

為強(qiáng)化8102 孤島工作面的安全開采，制定了完善、詳細(xì)的礦壓監(jiān)測(cè)計(jì)劃。通過(guò)觀察礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，預(yù)判其發(fā)展形態(tài)，為后續(xù)的加強(qiáng)支護(hù)或改善支護(hù)參數(shù)提供了可靠依據(jù)。