基于危險(xiǎn)區(qū)域的巷道圍巖穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

許海濤

(山西能源學(xué)院 礦業(yè)工程系，山西 晉中 030600)

基于危險(xiǎn)區(qū)域的巷道圍巖穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

許海濤

(山西能源學(xué)院 礦業(yè)工程系，山西 晉中 030600)

在煤礦開采過程中，為準(zhǔn)確地了解巷道容易出現(xiàn)不穩(wěn)定部分的支護(hù)是否合理，采用無線礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)洪崖煤礦9#煤層9303工作面巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析。該系統(tǒng)可以持續(xù)得到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，可以使設(shè)計(jì)與施工更為合理有效，從而使生產(chǎn)更順利。

圍巖穩(wěn)定性；無線礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)探測(cè)；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

巷道無線礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用有線CAN總線與WIFI無線傳輸技術(shù)，可同時(shí)對(duì)井下多條巷道進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，且互不干擾。

該系統(tǒng)采用全新的采集模式，只要巷道頂板產(chǎn)生1 mm(可調(diào))的變形或者1 kN(可調(diào))的阻力變化，傳感器即進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最短2 s即進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，能夠完整、精確地監(jiān)測(cè)并記錄巷道圍巖發(fā)生的細(xì)微變化。本文采用該系統(tǒng)對(duì)洪崖煤礦9#煤層9303工作面巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析：

1 系統(tǒng)基本情況

該系統(tǒng)地面部分設(shè)備主要有：地面?zhèn)鬏斀涌冢O(jiān)測(cè)主機(jī)；井下部分主要有：環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，礦用無線監(jiān)測(cè)基站，無線錨桿(索)測(cè)力計(jì)，無線圍巖移動(dòng)傳感器，無線鉆孔應(yīng)力計(jì)，礦用隔爆兼本安電源。其結(jié)構(gòu)及其主要設(shè)備見圖1，圖2，圖3.

圖2 無線圍巖移動(dòng)傳感器圖

圖3 圍巖移動(dòng)傳感器安裝示意圖

2 巷道圍巖結(jié)構(gòu)探測(cè)觀測(cè)方案

錨桿支護(hù)屬于隱蔽性工程，圍巖的破壞失穩(wěn)一般沒有明顯的預(yù)兆，支護(hù)設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量不好都有可能導(dǎo)致突發(fā)性的頂板垮落、兩幫片落，引發(fā)安全事故。因此，錨桿支護(hù)指標(biāo)設(shè)計(jì)值是依據(jù)巷道支護(hù)錨桿性能確定的。

1) 圍巖深層位移量。圍巖深層位移量代表的是錨索錨固范圍內(nèi)圍巖的變形量，而圍巖的變形量必須在錨桿允許延伸的范圍內(nèi)，深層位移量設(shè)計(jì)值應(yīng)小于錨桿最大可延伸長度。

2) 圍巖淺層位移量。圍巖淺層位移量代表的是錨桿錨固范圍內(nèi)圍巖的變形量，一方面，圍巖的變形量必須在錨桿允許延伸的范圍內(nèi)，另一方面，錨桿的延伸率大于15%，而錨索的延伸率最大為3%，因此，淺層位移量設(shè)計(jì)值的確定應(yīng)著重考慮錨索延伸率，應(yīng)小于深層位移量設(shè)計(jì)值。

3) 錨索、錨桿工作阻力。錨桿、錨索工作阻力設(shè)計(jì)值的確定以支護(hù)設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，優(yōu)化后的支護(hù)設(shè)計(jì)要求為：頂錨桿扭矩≥400 N·m，頂錨桿錨固力≥190 kN，幫錨桿扭矩≥400 N·m，幫錨桿錨固力≥190 kN，錨索預(yù)應(yīng)力≥250 kN，錨索錨固力≥400 kN. 錨桿錨索工作阻力設(shè)計(jì)值應(yīng)小于錨桿錨索錨固力。

各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)值在滿足以上條件的基礎(chǔ)上，還應(yīng)留有一定余量，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際支護(hù)情況，得到9303回采巷道礦壓觀測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)值，見表1.

表1 回采巷道礦壓觀測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)值表

3 巷道危險(xiǎn)區(qū)域圍巖穩(wěn)定性測(cè)點(diǎn)布置方案

由支護(hù)應(yīng)力主導(dǎo)的巷道危險(xiǎn)區(qū)和強(qiáng)烈采動(dòng)影響主導(dǎo)的巷道危險(xiǎn)區(qū)構(gòu)成了回采巷道危險(xiǎn)區(qū)。對(duì)于9303運(yùn)輸巷而言，巷道危險(xiǎn)區(qū)為142 m、210 m、387 m、432 m、471 m、480 m、960 m、1 120 m、1 405 m、1 570 m、1 735 m、1 991 m、1 868～1 808 m. 9303巷各監(jiān)測(cè)站最終確定的位置為1 808 m、1 758 m、1 570 m，見圖4.

圖4 測(cè)站布置平面示意圖

洪崖礦巷道無線礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置以測(cè)站為單位，在每個(gè)測(cè)站處選擇1個(gè)巷道斷面對(duì)圍巖穩(wěn)定性參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，各測(cè)站內(nèi)部通過無線連接，測(cè)站與測(cè)站之間采用有線傳輸。每個(gè)分站擬對(duì)頂板離層及兩幫位移量、頂板及兩幫錨桿工作阻力、頂板及右?guī)湾^索工作阻力、煤體應(yīng)力等4項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中前3項(xiàng)的傳感器安裝見圖5.

圖5 測(cè)站內(nèi)各傳感器布置圖

測(cè)站1及測(cè)站2對(duì)工作面開采側(cè)煤體應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中測(cè)站1布置4臺(tái)鉆孔應(yīng)力計(jì)，深度分別為1 m、2 m、3 m、4 m，間隔距離約為1 m；測(cè)站2布置3臺(tái)鉆孔應(yīng)力計(jì)，深度分別為5 m、7 m、9 m，間隔距離為2 m；測(cè)站3擬對(duì)煤柱側(cè)煤體應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共布置鉆孔應(yīng)力計(jì)5臺(tái)，深度分別為1 m、3 m、5 m、7 m、9 m，間隔距離2 m. 煤體應(yīng)力測(cè)站布置見圖6.

圖6 9303運(yùn)輸巷煤體應(yīng)力測(cè)站布置圖

4 圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

洪崖礦9303運(yùn)輸巷無線礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在礦調(diào)度中心主機(jī)頁面上顯示，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2015.11.01—2015.11.20，頂板離層及兩幫位移數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)情況見表2，錨桿(索)工作阻力監(jiān)測(cè)情況見表3，煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)情況見表4.

表2 頂板離層及兩幫位移情況表

表3 錨桿(索)工作阻力監(jiān)測(cè)情況表

表4 煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)情況表

11月1日及11月20日的錨桿工作阻力和其平均值分別是[23.1 kN，36.8 kN]，29.6 kN；[23.1 kN，38.2 kN]，30.0 kN. 鉆孔應(yīng)力計(jì)初始應(yīng)力值基本處于區(qū)間[1.39 MPa,9.14 MPa]，且其平均值為3.18 MPa.從以上數(shù)據(jù)可以看出，這些應(yīng)力數(shù)值趨向減小，但是有特殊情況存在，究其原因在于煤體中應(yīng)力被設(shè)備中注油壓力抵消。

9303工作面在檢測(cè)過程中需要的儀器安裝在其前方0.05 km和0.1 km處，這些儀器可以記錄數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析可知，隨著時(shí)間推移，不進(jìn)行采煤工作，記錄的數(shù)據(jù)并沒有太多變化。由此可以推斷，上下部及邊側(cè)的巖層依然處于穩(wěn)定狀態(tài)；但是當(dāng)采煤工作進(jìn)行后，記錄的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不同程度地改變，有的十分明顯，說明上下部及兩側(cè)巖層受到了采煤工作的影響。

[1] 程 偉，柏建彪.松軟厚煤層巷道圍巖穩(wěn)定原理與控制技術(shù)研究[J].煤炭科技，2010(2)：4-6.

[2] 劉建軍.崔家寨煤礦近距離煤層群開采巷道穩(wěn)定性分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(3)：13-16.

[3] 何 杰，方新秋，許 偉，等.深井高應(yīng)力破碎區(qū)巷道破壞機(jī)理及控制研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25(4)：494-498.

Dynamic Monitoring of Surrounding Rock Stability of Roadway in Danger Area

XU Haitao

In coal mining, the stability of roadway surrounding rock in No.9303 working face in No.9 coal seam in Hongya coalmine is analyzed with the application of wireless mine pressure monitoring system, so as to better review the supporter system accurately, The monitoring system collects dynamic data continuously, by real time data analysis, Improves the design and construction, makes it more reasonable and effective，the production more smoothly.

Stability of surrounding rock; Wireless mine pressure monitoring system; Structural detection; Dynamic data

2016-07-27

許海濤(1986—)，男，山東臨朐人，2013年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，碩士研究生，助教，主要從事煤礦大采高和礦壓方面的研究工作

(E-mail)592452256@qq.com

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1672-0652(2016)10-0032-03