王村煤礦斜井10號(hào)煤體支承壓力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析*

摘 要：近年來(lái)，澄合礦區(qū)煤層開(kāi)采深度逐漸增加，底板水害問(wèn)題越發(fā)突出，帶壓開(kāi)采無(wú)疑成為渭北深部井田開(kāi)拓開(kāi)采的普遍方法，而分析采煤工作面支承壓力可為其提供基本實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)。文章依據(jù)王村煤礦斜井10號(hào)煤層某工作面開(kāi)采實(shí)際情況，對(duì)王村煤礦斜井煤體支承壓力開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得出了采煤面煤體內(nèi)部支承壓力的分布規(guī)律，得到了煤體支承壓力峰值系數(shù)，為理論計(jì)算提供可靠參數(shù)保證。

關(guān)鍵詞：王村煤礦斜井；10號(hào)煤層；帶壓開(kāi)采；支承壓力

1 礦井概況

王村煤礦斜井位于渭北石炭二疊紀(jì)煤田澄合礦區(qū)中南部，地處陜西省澄城縣東部，行政區(qū)劃隸屬于澄城縣莊頭鄉(xiāng)管轄。井口位置在澄城縣莊頭鄉(xiāng)李家河村境內(nèi)，西距澄城縣城8km，東距合陽(yáng)縣城11.5km，距西韓鐵璐合陽(yáng)東站6km。

隨著礦井開(kāi)采強(qiáng)度增加，深度不斷延伸，10號(hào)煤層底部奧陶紀(jì)灰?guī)r高承壓水的危害日趨加劇，造成煤炭開(kāi)采存在隱患，嚴(yán)重影響礦井正常安全生產(chǎn)，而10號(hào)煤層深部采動(dòng)底板突水又是該礦區(qū)水害的主要形式，研究其采煤工作面煤體支承壓力可為其帶壓開(kāi)采理論研究提供基本的數(shù)據(jù)參數(shù)。

2 振弦式混凝土應(yīng)力計(jì)工作原理

本次王村煤礦斜井10號(hào)煤層工作面支承壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備采用XL-YSYLJ型振弦式巖石應(yīng)力計(jì)用于測(cè)量彈性巖體中應(yīng)力變化，應(yīng)力計(jì)包括可緊嵌入巖石鉆孔內(nèi)的高強(qiáng)度剛性探測(cè)環(huán)，探測(cè)環(huán)由于巖石應(yīng)力變化而產(chǎn)生變形，通過(guò)張拉在另一個(gè)直徑上的鋼弦測(cè)量出來(lái)，巖石應(yīng)力的變化引起張拉鋼弦的共振頻率的變化，兩者的關(guān)系通過(guò)每個(gè)應(yīng)力計(jì)的標(biāo)定數(shù)據(jù)得出。

3 煤體支承壓力監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案

本次方案中XL-YSB型振弦式巖石應(yīng)力計(jì)用于觀測(cè)某工作面的超前支承壓力和側(cè)向支承壓力分布特征，設(shè)計(jì)在某工作面回風(fēng)巷煤體中布置2個(gè)鉆孔監(jiān)測(cè)斷面，兩孔相距10m，深入煤體8m，這2個(gè)鉆孔位置分別于底板采動(dòng)破壞深度監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。鉆孔及應(yīng)力計(jì)在工作面內(nèi)的布置參數(shù)如表1所示。

表1 第1-2號(hào)鉆孔應(yīng)力計(jì)法監(jiān)測(cè)鉆孔設(shè)計(jì)

4 煤體支承壓力監(jiān)測(cè)及鉆探設(shè)備

4.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備

本次在王村煤礦斜井某工作面底板采動(dòng)變形破壞監(jiān)測(cè)使用XL-DSY01讀數(shù)儀進(jìn)行觀測(cè)。

4.2 鉆探設(shè)備

為得到在工作面開(kāi)采的過(guò)程中，煤層對(duì)底板的變形破壞的特征和支承壓力峰值系數(shù)，為第6章的煤層底板采動(dòng)破壞深度提供數(shù)值依據(jù)。本次在煤體中埋設(shè)XL-YSYLJ型振弦式巖石應(yīng)力計(jì)用于測(cè)試，使用XL-DSY01讀數(shù)儀進(jìn)行觀測(cè)。

鉆探設(shè)備：使用MK-4型井下專用坑透鉆。

鉆具組合：采用內(nèi)絲鉆桿，φ75金剛石鉆頭，保持足夠的鉆壓的條件下加設(shè)防斜扶正器；取芯鉆具：采用φ75×1500mm的巖心管；沖洗液：采用全孔清水鉆進(jìn)。

5 煤體支承壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在某工作面所測(cè)的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)繪制的變形曲線如圖1、2所示。

本實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析如下：

（1）從整體來(lái)看，所測(cè)巖石應(yīng)力計(jì)的變形曲線與煤體支承壓力的原理基本吻合。

（2）從過(guò)程上分析如下：a.45.7-27.9m的階段：煤體處于原巖應(yīng)力區(qū)。這一過(guò)程中煤體的支承壓力基本保持不變。b.27.9-7.1m的階段：煤體處于彈性區(qū)。這一過(guò)程中煤體的支承壓力一直在增大，直到應(yīng)力峰值點(diǎn)。c.7.1-8.6m的階段：在此階段內(nèi)應(yīng)力到達(dá)了峰值。d.7.1-0.0m的階段：此階段煤體處于塑性區(qū)。這一過(guò)程中的支承壓力一直在減小。

（3）從第（2）中的分析得知：在7.1-8.6m的階段應(yīng)力達(dá)到了峰值，在45.7-27.9m的階段煤體處于原巖應(yīng)力區(qū)。代入相關(guān)的數(shù)值，由應(yīng)力峰值系數(shù)K=P3/P1得出K≈3.2。

圖1 1號(hào)巖石應(yīng)力計(jì)的變形曲線

圖2 2號(hào)巖石應(yīng)力計(jì)的變形曲線

6 結(jié)束語(yǔ)

本章對(duì)王村煤礦斜井10號(hào)煤層某工作面煤體支承壓力進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，研究了煤體內(nèi)部應(yīng)力的分布規(guī)律、受力發(fā)生變形的過(guò)程，得到了應(yīng)力峰值系數(shù)K≈3.2，為帶壓開(kāi)采理論計(jì)算提供實(shí)測(cè)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李昂（1981-），男，遼寧鞍山人，博士，從事巖土工程、礦山壓力及煤礦災(zāi)害治理等教學(xué)與研究工作。