沿空留巷隔離墻體支承壓力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究

摘 要：桑樹(shù)坪11號(hào)煤層首采工作面采用無(wú)煤柱式沿空留巷方式，巷旁采用砌筑混凝土墻體形式，文章針對(duì)混凝土墻體內(nèi)部支承壓力隨著采煤工作面推進(jìn)的演化關(guān)系開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)研究，其研究成果對(duì)后續(xù)類似工程的順利實(shí)施起到了借鑒作用。

關(guān)鍵詞：沿空留巷；支承壓力；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)；巷旁支護(hù)

1 工作面概況

桑樹(shù)坪3105綜采工作面為11號(hào)煤層首采面，采用無(wú)煤柱沿空留巷方式，地面位于神洞子向北500m、水草塔東南130m處，地面地貌為山峁溝谷地貌，地面高程+671～+772m。蓋山厚度400～530m。3105工作面井下位于南一采區(qū)上山370中巷以西，南一280?；匾詵|，南一采區(qū)上山系統(tǒng)巷道以南100～180m位置。3212Ⅱ期軌道巷向北平距30m為工作面進(jìn)風(fēng)巷，向北平距210m為工作面運(yùn)輸巷，工作面設(shè)計(jì)寬度180m，仰斜上山開(kāi)采，煤層平均厚度約3m，平均采深450m。

巷道斷面，采用13.8m2（凈4.6m寬×3.0m高）矩形斷面。支護(hù)形式：全斷面錨網(wǎng)帶支護(hù)。頂部采用φ20×2400mm等強(qiáng)螺紋鋼錨桿配合鋼帶、冷拔絲網(wǎng)支護(hù)，每排六根矩形布置，每排第一、二根，五、六根錨桿間距700mm，剩余錨桿間距900mm，排距均為1000mm，頂部鋼帶長(zhǎng)4.4m，六孔；幫部采用錨網(wǎng)帶配合笆片支護(hù)，錨桿為φ22×2000mm自攻固錨桿，矩形布置、每排四根，間排距900mm×1000mm，幫部鋼帶長(zhǎng)3.0m，三孔、孔間距900mm。頂部冷拔絲網(wǎng)規(guī)格900mm×2300mm，幫部冷拔絲網(wǎng)規(guī)格900mm×3000mm。φ17.8×6200mm鋼絞線錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索間、排距1500mm×1900mm。沿空留巷采用保留工作面軌道巷的形式，開(kāi)采一側(cè)采用澆注混凝土墻的形式，混凝土墻高3.0m，寬3.0m，緊隨工作面開(kāi)采砌筑該混凝土墻，混凝土強(qiáng)度采用C50素混凝土。

2 支承壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備及鉆孔布置

2.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備

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)。該儀器由三部分組成，即圓柱形高強(qiáng)度剛性探測(cè)環(huán)，鋼楔子和壓板。儀器置放到位后，用鋼絲繩拉鋼楔子，使孔壁，壓板，楔子及探測(cè)環(huán)之間緊密接觸，使探測(cè)環(huán)能受到孔壁傳來(lái)的壓力。該儀器可得出儀器受力后振弦的頻率值，儀器所處的溫度等。

2.2 鉆孔布置

為了獲得沿空留巷混凝土墻體在煤層開(kāi)采前、后的支承壓力，對(duì)韓城礦務(wù)局桑樹(shù)坪礦11號(hào)煤層3105工作面軌道巷進(jìn)行煤體受采動(dòng)影響前后的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工作，本次用于測(cè)試巖體采動(dòng)影響特征的觀測(cè)方法采用底板鉆孔應(yīng)力計(jì)法。

在3105工作面接近鉆場(chǎng)時(shí)布置1個(gè)鉆孔監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面在所砌筑的墻體內(nèi)部布設(shè)2個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，編號(hào)為14號(hào)鉆孔和15號(hào)鉆孔。

2.3 支承壓力實(shí)測(cè)成果

現(xiàn)場(chǎng)打孔設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)間為2014年9月1日～2014年9月6日，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝及測(cè)試時(shí)間從2014年9月7日開(kāi)始，至2014年10月底結(jié)束，歷時(shí)達(dá)兩個(gè)月之久。

3 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

隨著工作面開(kāi)采，為了節(jié)約成本，留設(shè)無(wú)煤柱式的沿空留巷，即將3105工作面運(yùn)輸巷道經(jīng)采后保留當(dāng)做沿空留巷巷道使用，一側(cè)是已支護(hù)的巷道煤壁，另一側(cè)是人工砌筑而成的混凝土墻，共同構(gòu)成沿空留巷，為了研究采后頂板變化對(duì)底板采動(dòng)的影響，本次支承壓力測(cè)點(diǎn)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備安裝情況，將支承壓力監(jiān)測(cè)傳感器布置在混凝土墻頂部與頂板巖層相互銜接處，在混凝土墻充填混凝土并施加一定壓力后，測(cè)得初始應(yīng)力值?，F(xiàn)場(chǎng)共布置了一組煤柱支承壓力監(jiān)控區(qū)，該測(cè)區(qū)布置了3個(gè)鉆孔應(yīng)力傳感器，距巷幫距離分別為1.0m、1.5m、2.0m，所采用的振弦式應(yīng)力傳感器設(shè)備具有穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所得數(shù)據(jù)可反映出煤體支承壓力隨著工作面開(kāi)采的變化規(guī)律，并為底板采動(dòng)破壞深度提供理論數(shù)據(jù)和依據(jù)。

回采11號(hào)煤的3105工作面設(shè)計(jì)寬度180m，仰斜上山開(kāi)采，由開(kāi)切眼向軌道巷檢測(cè)段400～500m處推進(jìn)，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況測(cè)試段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鉆孔、取巖芯樣本，按照鉆孔設(shè)備，對(duì)測(cè)試段采用護(hù)幫管，護(hù)幫管距離傳感器應(yīng)保持半米以上距離，否則將影響觀察結(jié)果的真實(shí)性，在工作面距離試驗(yàn)孔約80m時(shí)開(kāi)始測(cè)試，傾向支承壓力（即煤柱支承壓力）傳感器編號(hào)14號(hào)、15號(hào)和16號(hào)，由于16號(hào)測(cè)點(diǎn)在混凝土墻充填過(guò)程中將傳感器與測(cè)量線路擠壓過(guò)大，使得后期測(cè)量數(shù)據(jù)未采集到，而15號(hào)測(cè)點(diǎn)雖然數(shù)據(jù)已全部采集到，但是在混凝土墻充填過(guò)程中使得傳感器出現(xiàn)傾斜，所測(cè)得數(shù)據(jù)并未反映出頂板垂直應(yīng)力變化規(guī)律，數(shù)據(jù)變化較平緩（圖2）。故此本次數(shù)據(jù)分析以測(cè)點(diǎn)14號(hào)孔混凝土墻頂部支承壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析為例，見(jiàn)圖3所示，圖中曲線反映了混凝土墻頂部支承壓力隨工作面推進(jìn)以及頂板活動(dòng)的變化規(guī)律。測(cè)點(diǎn)14號(hào)鉆孔的應(yīng)力變化情況如下：

混凝土墻中部（1.5m深）的14號(hào)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值應(yīng)為采空區(qū)邊緣的混凝土墻頂部垂直應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)律，即混凝土墻頂部支承壓力。圖3中的測(cè)點(diǎn)14號(hào)孔實(shí)測(cè)混凝土墻頂部支承壓力隨煤層開(kāi)采變化曲線，從2014年10月3日現(xiàn)場(chǎng)鉆窩對(duì)面的混凝土墻未砌筑前準(zhǔn)備-護(hù)壁套管綁定-傳感器放置-混凝土墻充填并施壓-傳感器施加預(yù)應(yīng)力-傳感器設(shè)備調(diào)試-讀取首次數(shù)值，14號(hào)鉆孔應(yīng)力傳感器的設(shè)備編號(hào)為“19458”，該設(shè)備經(jīng)由安裝桿所施加預(yù)應(yīng)力的讀數(shù)2546με，所對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)值達(dá)到2.22MPa，此時(shí)3105工作面距離14號(hào)鉆孔應(yīng)力傳感器測(cè)點(diǎn)距離為5.4m（采后設(shè)備安裝）將10月3日測(cè)得的2.22MPa作為初始支承壓力值（支承壓力系數(shù)k=1）；2014年10月4日，當(dāng)采面推至14號(hào)測(cè)點(diǎn)9.9m時(shí)，壓力增加至2.49MPa，而后至10月11日，支承壓力在2.74～2.91MPa變化；從10月11日起，支承壓力再次增加，表明頂板壓力因受到頂板來(lái)壓的作用采空區(qū)進(jìn)一步壓實(shí)所致，才使得支承壓力曲線升高，到10月15日，該曲線才趨于平穩(wěn)變化，此時(shí)工作面距14號(hào)測(cè)點(diǎn)33.5m；到10月17日，曲線應(yīng)力稍有下降，這主要是靠近測(cè)點(diǎn)處的混凝土墻頂板發(fā)生了折斷，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員聽(tīng)到巖梁折斷的聲音后，于10月16日下井觀測(cè)發(fā)現(xiàn)支承壓力值降了0.16MPa，直至10月19日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本上趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生變化，工作面已推過(guò)14號(hào)測(cè)點(diǎn)40m，此時(shí)混凝土墻頂部應(yīng)力基本穩(wěn)定，說(shuō)明頂板巖層運(yùn)動(dòng)已經(jīng)穩(wěn)定并沉降到壓實(shí)采空區(qū)的冒落矸石，底板矸石壓實(shí)應(yīng)力將不再增加，底板采動(dòng)破壞深度亦應(yīng)不再繼續(xù)向深部延伸，基本上應(yīng)保持在工作面距測(cè)點(diǎn)33.5m時(shí)的深度范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工作面開(kāi)采，為了節(jié)約成本，留設(shè)無(wú)煤柱式的沿空留巷，即將3105工作面運(yùn)輸巷道經(jīng)采后保留當(dāng)做沿空留巷巷道使用，一側(cè)是已支護(hù)的巷道煤壁，另一側(cè)是人工砌筑而成的柔模墻，共同構(gòu)成沿空留巷，將支承壓力監(jiān)測(cè)傳感器布置在柔模墻頂部與頂板巖層相互銜接處，現(xiàn)場(chǎng)共布置了一組柔模墻體支承壓力監(jiān)控區(qū)，該測(cè)區(qū)布置14號(hào)、15號(hào)的2個(gè)鉆孔應(yīng)力傳感器，其中柔模墻中部（1.5m深）的14號(hào)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值應(yīng)為采空區(qū)邊緣的柔模墻頂部垂直應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)律，即柔模墻頂部支承壓力，現(xiàn)場(chǎng)鉆窩對(duì)面的柔模墻未砌筑前準(zhǔn)備-護(hù)壁套管綁定-傳感器放置-柔模墻充填并施壓-傳感器施加預(yù)應(yīng)力-傳感器設(shè)備調(diào)試-讀取首次數(shù)值，當(dāng)工作面推過(guò)14號(hào)測(cè)點(diǎn)40m，此時(shí)柔模墻頂部應(yīng)力基本穩(wěn)定，說(shuō)明頂板巖層運(yùn)動(dòng)已經(jīng)穩(wěn)定并沉降到壓實(shí)采空區(qū)的冒落矸石，底板矸石壓實(shí)應(yīng)力將不再增加。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊小剛（1978-），男，甘肅甘谷人，漢族，工程師，主要從事煤田地質(zhì)與水文地質(zhì)方面研究。