深部開拓巷道的礦壓顯現規律研究

王旭杰

（西山煤電建筑工程集團有限公司礦建分公司， 山西 太原 030053）

近些年來，隨著煤炭資源需求的增加，淺層區域的煤炭資源數量在逐年減少，煤炭開采的深度不斷增加，因此，礦井煤炭開采已經進入深部開采階段[1-3]。礦井開采深度的增加不僅增大了巷道及采場的地應力水平，且在一些地質構造復雜、活動相對強烈的區域[4]，高水平地應力巷道殘余構造應力大，且垂直自重應力通常都小于水平構造應力，從而使巷道圍巖應力和破壞程度大大增加，造成深部巷道支護的困難增大[5-6]。目前，已在礦井深部煤層巷道表現出深部礦壓的特點，如巷道變形量大、變形時間長、圍巖破碎等[7]，大量實踐表明，由于支護參數選取不合理，支護結構不能滿足深部巷道支護要求，對礦井安全生產限制也越來越突出[8-10]。因此，本文以某礦巷道為工程背景，對深部開拓巷道支護情況進行研究，并監測巷道表面位移及錨桿受力情況，探究開拓巷道的礦壓顯現規律，進而確保深部巷道圍巖的穩定性，便于巷道的維護。

1 深部開拓巷道支護方案

以某礦巷道為工程背景，該巷道屬于動壓煤巷，巷道凈高4 m，凈寬4.8 m，針對該直墻半圓拱巷道采用錨網索聯合支護形式，選用高強錨桿，其規格是Φ22 mm×2 500 mm，錨桿間排距為700 mm、700 mm；網片采用鋼筋網，其網格規格是70 mm×70 mm，同時選用雙股12 號鐵絲連接；錨索的規格是Φ21.6 mm×8 000 mm，錨桿間排距為1 400 mm、1 400 mm。圖1 為開拓巷道支護斷面圖。

圖1 開拓巷道支護斷面圖（mm）

2 深部開拓巷道的礦壓顯現規律研究

本文對開拓巷道的表面位移、錨桿受力情況進行現場監測，探究煤礦開拓巷道的礦壓顯現規律。

2.1 開拓巷道表面位移分析

在該煤礦巷道布置5 個測站，對表面位移進行監測，且各測站間距相差25 m。5 個測站都可監測頂底板移近量和兩幫變形量，采用“十字”布點法對巷道表面位移量進行監測。在圍巖表面鉆孔，并將木樁打入孔內，再將測釘安設在樁頭，作為位移監測基點。此外，選擇在巷中位置監測頂底板移近量，在腰線位置監測兩幫移近量。

通過對5 個測站的開拓巷道表面位移進行監測匯總，得到表1 所示的監測結果。從表1 中可看出，5個測站中，4 號測站圍巖的頂底移近量、最大變形速度以及兩幫收斂量最大；而5 號測站圍巖的頂底移近量、兩幫位移量均大于1 號、2 號和3 號測站。此外，從表中對比還可看出，5 個測站的頂底移近量均比兩幫收斂量大，且頂底變形量是兩幫變形量的1.2～2.0倍，最大變形速率和平均變形速率也比兩幫變形量大。由此可見，在開拓巷道掘進整個過程中，頂底變形始終比兩幫變形量大。

表1 巷道表面位移量監測結果

隨著掘進工作面的推進，繼續對5 個測站的開拓巷道頂底板總位移量和兩幫總收斂量進行監測，分別得到下頁圖2 和圖3 所示的變化曲線。

圖2 開拓巷道頂底總位移量變化曲線圖

圖3 開拓巷道兩幫總收斂量變化曲線圖

從圖2 中可看出，4 號測站頂底總位移量變化曲線遠遠在其他測站上方，由于其距離工作面比較近，附近賦存斷層，應力集中程度高，因此，頂底總位移量達到360 mm。當掘進工作面推進前5 m 時，5 個測站的變化趨勢大體一致，上升緩慢；當掘進工作面推進10 m 后，4 號測站頂底移近速度明顯大于其他測站；在掘進工作面推進30 m 后，5 個測站的頂底位移量逐漸增大，上升速度較緩。相比于1 號、3 號測站，5 號測站的變形量較小，這是因為5 號測站處頂板錨網索支護強度增大的緣故。在整個監測期間，5 個測站的頂底位移變化整體呈上升趨勢，說明頂底位移量是逐漸增加的。

從圖3 中可看出，因4 號測站附近賦存斷層，其兩幫收斂量達到最大，最大值是250 mm。5 號測站因距離工作面最近，與1 號、2 號、3 號相比，兩幫位移量較大，其值達到了181 mm；2 號測站和3 號測站的兩幫收斂量隨著工作面推進距離的增大，兩幫收斂量也在逐漸增大，其上升變化趨勢大體一致。在整個監測過程中，當工作面推進距離達到20 m 時，5 個測站的兩幫收斂量變形速度增幅明顯。

2.2 開拓巷道錨桿受力分析

在該礦區開拓巷道布置3 個錨桿受力監測站，各測站間距相差50 m，且每個測站布置3 個錨桿測力計監測點，分別設于開拓巷道頂板中心以及兩幫位置處。錨桿安裝好后，隨著圍巖變形，錨桿所受的載荷也會產生變化，因此，對錨桿工作阻力進行監測，可以充分對支護的合理性和巷道安全性進行評價。

對3 個測站的錨桿受力情況連續監測26 d，分別得到圖4、圖5 所示的左幫和右幫錨桿載荷變化曲線圖。

圖4 開拓巷道左幫錨桿載荷變化曲線圖

圖5 開拓巷道右幫錨桿載荷變化曲線圖

從圖4 中可看出，1 號測站、3 號測站和5 號測站開拓巷道左幫載荷分別增大0.6 MPa、1.0 MPa 和0.9 MPa，且在監測期間，3 個測站的左幫錨桿載荷平均速度分別是0.023 MPa/d、0.038 MPa/d 和0.035 MPa/d。

從圖5 中可看出，1 號測站、3 號測站和5 號測站開拓巷道右幫載荷分別增大1.3 MPa、0.9 MPa 和2.6 MPa，且在監測期間，3 個測站的右幫錨桿載荷平均速度分別是0.05 MPa/d、0.035 MPa/d 和0.1 MPa/d。

綜上分析可知，在開拓巷道整個監測期間，隨著掘進工作面的推進，頂底板移近量大于兩幫收斂量，但是兩者變化規律基本相同，均是隨著工作面的推進，開拓巷道變形量在不斷增加，因工作面推進對構造應力的影響，變形速度則是先增大后逐漸減小。此外，巷道的大變形使錨桿承受的載荷較大，說明開拓巷道支護方案的礦壓顯現劇烈。

3 結論

1）在開拓巷道整個監測期間，隨著掘進工作面的推進，開拓巷道變形量和錨桿載荷的大小在不斷增加，且頂底板移近量變化幅度始終大于兩幫收斂量。

2）巷道的大變形使錨桿承受的載荷較大，說明開拓巷道支護方案的礦壓顯現劇烈。