孤島綜采工作面回采巷道礦壓實測研究

蔣 兵

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046103）

孤島工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律一直是礦壓與巖層控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)〔1-3〕。山西某礦3306孤島工作面煤層厚、采高大，機(jī)風(fēng)兩巷壓力顯著。在這種開采條件下，及時了解和掌握該工作面礦壓顯現(xiàn)特征，并依據(jù)觀測結(jié)果對工作面礦壓進(jìn)行預(yù)測可大幅度提高工作面的安全生產(chǎn)水平〔4-6〕。為了盡快了解3306孤島綜采工作面兩巷礦壓特征，為安全生產(chǎn)提供依據(jù)，經(jīng)過礦壓觀測方案設(shè)計和實施，進(jìn)行了為期2個多月的現(xiàn)場實測，采集了大量的數(shù)據(jù)，得出了該孤島工作面機(jī)風(fēng)兩巷回采巷道變形規(guī)律、采動影響范圍、超前支承應(yīng)力狀況等礦壓顯現(xiàn)特征，為孤島工作面的后期開采工作奠定了實測基礎(chǔ)。

1 工作面概況

3306工作面為孤島工作面，其北部為3308工作面采空區(qū)，南部為3304工作面采空區(qū)，該工作面沿煤層偽斜方向推進(jìn)。工作面所采煤層為山西組3＃煤層，煤層埋深為304～320m；煤層傾角為8°～13°，平均傾角為7.5°，煤層均厚為6.35m，平均采高為3.0m，設(shè)計走向和傾向長度分別為486 m 和156m；回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷煤柱尺寸分別為16m 和8m，機(jī)風(fēng)兩巷斷面尺寸相同，且均采用“錨網(wǎng)”支護(hù)；頂板采用錨網(wǎng)+鋼筋托梁，每排打設(shè)5根錨桿，間排距設(shè)計為0.8m×0.8m；兩幫每排打設(shè)4根錨桿，間排距0.8m×0.8m；巷道頂板和兩幫所用錨桿均為直徑20mm×2200mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，在錨固的鋪設(shè)金屬網(wǎng)，在斷層、破碎區(qū)等特殊地帶打設(shè)錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。3304工作面和3308工作面分別于2012年6月和7月回采完畢，經(jīng)過一年的穩(wěn)定期開始掘進(jìn)3306工作面，在掘進(jìn)期間兩幫移近量達(dá)到0.35 m，順槽底鼓量最大可達(dá)0.9m。

2 礦壓觀測及結(jié)果分析

2.1 觀測方案設(shè)計

在3306孤島工作面回采巷道采用十字布點(diǎn)法觀測和研究巷道變形情況，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)巷道變性規(guī)律。在機(jī)風(fēng)兩巷工作面前方200 m 范圍內(nèi)各布置3個觀測站，每個觀測站布置2個測點(diǎn)，3個測站分別距工作面200m、170 m 和140 m，同一測站內(nèi)兩測點(diǎn)相距5 m。在工作面回采初期，在機(jī)風(fēng)兩巷煤壁內(nèi)幫各布置3個應(yīng)力觀測測站，每個測站布3個測點(diǎn)，運(yùn)輸巷測點(diǎn)距開切眼分別62m（孔深4m）、63m（孔深5m）和64m（孔深6m），回風(fēng)巷測點(diǎn)距開切眼50m（深度4m）、51m（深度5m）和52 m（深度6m），各鉆孔應(yīng)力計距底板距離均為1.5m。利用應(yīng)力計數(shù)據(jù)采集儀定期對應(yīng)力計讀數(shù)進(jìn)行采集，直至工作面推至應(yīng)力計所埋的位置。

2.2 礦壓觀測結(jié)果分析

2.2.1 巷道變形規(guī)律分析

由圖1-a可知，3306工作面運(yùn)輸巷頂?shù)装逡平吭?00mm 左右，其中底鼓量為320mm 左右；兩幫移近量在475mm 左右，內(nèi)幫變形量為260mm；說明3306孤島工作面頂?shù)装遄冃我缘坠臑橹?，兩幫變形以?nèi)幫變形為主。由圖1-b可知，3306工作面回風(fēng)巷頂?shù)装逡平吭?30mm左右，其中底鼓量為350mm 左右；兩幫移近量在470mm左右，內(nèi)幫變形量為310mm 左右；說明該孤島工作面回風(fēng)巷變形同機(jī)巷相似，均以底鼓和內(nèi)幫變形為主。由圖1巷道變形曲線還可知，在工作面前方75m 范圍外，巷道較穩(wěn)定，變形可忽略，隨著工作面的逐漸推進(jìn)，機(jī)風(fēng)兩巷均出現(xiàn)輕微變形，其中機(jī)巷在工作面推至距測點(diǎn)25～20m 時出現(xiàn)增大趨勢，風(fēng)巷在工作面推至距測點(diǎn)25～15m 出現(xiàn)增大趨勢；隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，機(jī)風(fēng)兩巷變形均顯著加劇，當(dāng)測點(diǎn)處于工作面前方10～6m 范圍內(nèi)時，巷道變形強(qiáng)烈，底鼓加劇，兩幫有煤體突出、片落。

圖1 3306工作面巷道隨工作面推進(jìn)變形曲線

2.2.2 超前支承應(yīng)力分析

（1）3306工作面進(jìn)風(fēng)巷應(yīng)力計數(shù)據(jù)分析結(jié)果見圖2-a。由圖2-a可知，隨著該孤島工作面的不斷推移，巷道煤壁內(nèi)應(yīng)力計讀數(shù)開始發(fā)生變化，測點(diǎn)距工作面煤壁29～30m 左右時超前支承壓力開始增大，但是變化速率較小；當(dāng)測點(diǎn)推至距工作面煤壁17m時，支承壓力變化明顯加快；當(dāng)測點(diǎn)距工作面6～8m范圍時，頂板支承壓力達(dá)到最大值，隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，超前支承壓力變化速率逐漸變緩。

（2）3306工作面回風(fēng)巷應(yīng)力計數(shù)據(jù)分析結(jié)果見圖2-b。由圖2-b可知，隨著該孤島工作面的不斷推進(jìn)，當(dāng)所布測點(diǎn)距工作面煤壁34～25m 范圍時頂板支承壓力開始逐漸增大，當(dāng)工作面推至應(yīng)力計距煤壁24～20m 時，應(yīng)力計讀數(shù)變化有明顯增大趨勢；當(dāng)測點(diǎn)距工作面煤壁8～6m范圍內(nèi)時，工作面超前支承壓力達(dá)到峰值，之后應(yīng)力計讀數(shù)逐漸降低。

圖2 3306孤島工作面超前支承壓力隨工作面推進(jìn)示意

3 結(jié)語

通過現(xiàn)場實測，掌握了3306 孤島綜采工作面回采巷道的礦壓顯現(xiàn)特征：

1）由巷道測站得到：①回采期間運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷頂?shù)装逡平糠謩e為400mm 和430mm 左右，兩幫移近量分別為475mm 和470mm 左右，巷道變形以底鼓和內(nèi)幫變形為主；②工作面受采動影響范圍為工作面前方75m，受顯著影響范圍子在工作面前方25～15m，工作面前方10～8m 范圍時巷道處于強(qiáng)烈變形破壞狀態(tài)。

2）由應(yīng)力計數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到：工作面回風(fēng)巷受采動影響的影響范圍在距工作面煤壁35～30m 以內(nèi)，顯著影響范圍為距工作面煤壁24～17m 范圍內(nèi)，工作面超前支承壓力峰值位置為工作面煤壁前方9～6m。

由上可知，巷道變形規(guī)律與支承應(yīng)力變化規(guī)律基本相符，兩種實測方法同時使用有助于提高觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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