司馬煤礦錨網(wǎng)支護(hù)巷道的礦壓監(jiān)測(cè)與受力分析

李曉鵬，梁翱翔

(1．山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西長(zhǎng)治 046000;2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州 221000)

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，煤炭行業(yè)越來(lái)越注重綠色安全開(kāi)采，為降低成本減少巖巷數(shù)量，煤礦普遍推廣使用煤層巷道?？导t普等學(xué)者結(jié)合煤巷工程特點(diǎn)開(kāi)展了錨桿支護(hù)作用機(jī)理分析，并經(jīng)過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)，基本形成了我國(guó)煤巷高強(qiáng)度錨桿支護(hù)理論與成套體系［1-2］。錨網(wǎng)支護(hù)體系也被越來(lái)越多的煤礦推廣應(yīng)用，滿足了安全生產(chǎn)的需要。目前潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)1208工作面平均采高6．3 m，采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝，回采過(guò)程中礦壓顯現(xiàn)比較強(qiáng)烈。通過(guò)對(duì)司馬煤礦1208工作面回風(fēng)順槽巷道表面變形、錨桿受力、錨索受力等礦壓監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析［3-4］，總結(jié)出錨桿(索)的實(shí)際工程特性及與圍巖變形的關(guān)系，掌握了巷道圍巖動(dòng)態(tài)變化狀況，確定了錨桿(索)的合理支護(hù)參數(shù)［5-6］。

1 工作面回風(fēng)順槽概況

本次監(jiān)測(cè)地點(diǎn)為司馬煤礦1208回風(fēng)順槽，巷道規(guī)格為(寬×高)5 m×3．2 m，該工作面開(kāi)采煤層屬下二疊統(tǒng)山西組下部的3號(hào)煤層，煤層賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，煤質(zhì)為貧瘦煤，煤層平均厚度6．39 m，煤層傾角0°～9°，平均3°。煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

1208工作面回風(fēng)巷兩幫每排布置4根MSGLW-500/22×2 000錨桿，頂板布置6根MSGLW-500/22×2 400錨桿，錨桿間、排距900 mm×900 mm。三防門(mén)以北巷道垂直巷道走向打設(shè)五花錨索，即:第一排打設(shè)兩根單體錨索，其間排距為1 800 mm×3 600 mm;隔一排打設(shè)3根單體錨索，其間排距為1 800 mm×3 600 mm，再隔一排打設(shè)兩根單體錨索，依次循環(huán)。三防門(mén)以南巷道垂直巷道走向打設(shè)雙單體錨索，其間排距為1 800 mm×1 800 mm。錨索規(guī)格為SKL22-1/1770-7300 mm，單體錨索配套使用300 mm×300 mm×16 mm的拱形鋼托盤(pán)，拱高不小于60 mm。1208回風(fēng)順槽靠1207運(yùn)巷側(cè)巷幫打設(shè)單體錨索，錨索規(guī)格為 MS-Ф22-1/1770-4300 mm，錨索排距為1 800 mm，配套使用300 mm×300 mm×16 mm的拱形鋼托盤(pán)。該巷道斷面支護(hù)示意圖如圖1所示。

2 礦壓監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

2．1 礦壓綜合監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

圖1 1208回風(fēng)順槽斷面圖

在1208風(fēng)巷設(shè)置1組巷道表面位移觀測(cè)點(diǎn)、1組錨桿(索)受力觀測(cè)點(diǎn)［7］、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、目的及手段見(jiàn)表2。

表2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容、目的及手段

2．2 礦壓綜合監(jiān)測(cè)方法

巷道表面位移:采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測(cè)［8］，如圖2所示。施工步驟為:①在A、B、C、D四處測(cè)點(diǎn)安設(shè)短錨桿，安裝方法同普通錨桿;②在A、B點(diǎn)固定專(zhuān)業(yè)測(cè)繩，C、D點(diǎn)固定專(zhuān)業(yè)鋼卷尺，測(cè)量OB、OA值;③在C、D點(diǎn)固定專(zhuān)業(yè)測(cè)繩，A、B點(diǎn)固定專(zhuān)業(yè)鋼卷尺，測(cè)量OD、OC值。測(cè)量數(shù)據(jù)的精度為0．1 mm。

圖2 表面位移測(cè)站布置示意圖

錨桿工作阻力觀測(cè):采用MC-200型油壓式錨桿測(cè)力計(jì)，量程40 MPa，與巷道表面收斂測(cè)站布置在同一斷面(在距離回采工作面100 m的巷道斷面內(nèi)布置表面位移測(cè)站)，如圖3所示。錨桿測(cè)力計(jì)全斷面布置，錨桿測(cè)力計(jì)為7塊并進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記。初始?jí)毫σ话悴坏玫陀? MPa［9-10］。

圖3 錨桿受力測(cè)站布置示意圖

錨索工作阻力觀測(cè):采用MC-200型油壓式錨索測(cè)力計(jì)，量程60 MPa，如圖4所示，錨索測(cè)力計(jì)全斷面布置，錨索測(cè)力計(jì)為3塊并進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記，初始給定壓力不得低于24 MPa。

圖4 錨索受力測(cè)站布置示意圖

在測(cè)站布置完成后，工作面推進(jìn)至測(cè)站100 m范圍內(nèi)時(shí)，所有測(cè)站每星期觀測(cè)3次，隨著工作面不斷推進(jìn)直至儀器讀數(shù)開(kāi)始較明顯變化時(shí)，往后每天觀測(cè)1次。

3 檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3．1 巷道表面位移

巷道表面位移曲線如圖5所示。

由圖5可知，觀測(cè)21天，測(cè)站處頂?shù)装遄畲罄鄯e移近量為169 mm，兩幫最大累積移近量為383 mm;觀測(cè)16天之內(nèi)，巷道圍巖變形基本趨于穩(wěn)定。頂?shù)装遄畲笠平俾蕿?69 mm/d，兩幫最大移近速率383 mm/d，均出現(xiàn)在測(cè)站布設(shè)后第21天，后期圍巖移近速率較大。測(cè)站處圍巖移近量整體不大，屬回采期間圍巖應(yīng)力重新分布、變形正常釋放過(guò)程。

圖5 測(cè)站巷道表面位移變化曲線

3．2 錨桿受力分析

錨桿受力變化曲線如圖6所示。

圖6 錨桿受力變化曲線

從圖6可知，測(cè)站布置在頂板處的3#和4#錨桿受力在第11天之后逐漸減小，最終降為0 kN，布置在頂板處的2#錨桿受力情況變化不大，實(shí)體煤幫的5#和6#錨桿受力變化也不是很大，推測(cè)導(dǎo)致其數(shù)據(jù)變化的原因是3#和4#錨桿所在區(qū)域的煤巖體發(fā)生了塑性變形，在工作面推進(jìn)過(guò)程中的頂板來(lái)壓不能作用到錨桿上，故錨桿壓力表上的讀數(shù)逐漸降為0 kN。其他5個(gè)錨桿受力最大達(dá)140 kN，最小的是32．5 kN。兩幫錨桿受力較頂板大，兩幫錨桿最大受力為140 kN，頂板錨桿最大受力為32．5 kNa;測(cè)力計(jì)(液壓枕)安裝后前11天變化不明顯，之后變化量逐漸變大。錨桿最大受力超過(guò)其桿體屈服載荷，達(dá)到其桿體拉斷載荷的90．9%，且有一定的富余量，充分發(fā)揮了錨桿的高強(qiáng)支護(hù)作用，滿足安全生產(chǎn)要求，因此錨桿的參數(shù)選擇科學(xué)、合理。

3．3 錨索受力分析

錨索測(cè)力計(jì)受力變化曲線如圖7所示。

圖7 錨索受力變化曲線

從圖7可知，錨索受力最大達(dá)461．5 kN，最小為390 kN，距離工作面100～70 m時(shí)，錨索受力比較穩(wěn)定，波動(dòng)不大，偶爾有波動(dòng)可能是周期來(lái)壓，屬于正常情況;距離工作面70～50 m時(shí)，錨索受力略有增加;距離工作面50～40 m時(shí)，屬超前應(yīng)力影響區(qū)，錨索受力大幅增加;距離工作面40 m以內(nèi)時(shí)，屬超前應(yīng)力劇烈影響區(qū)，錨索受力增加顯著。錨索最大受力為其拉斷載荷的94．1%，且有一定的富余量，充分發(fā)揮了錨索的高強(qiáng)支護(hù)作用，滿足安全生產(chǎn)要求，因此錨索的參數(shù)選擇科學(xué)、合理。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)監(jiān)測(cè)巷道礦壓，發(fā)現(xiàn)巷道頂板及兩幫變形較小，圍巖穩(wěn)定，表明該錨網(wǎng)支護(hù)體系起到了很好的支護(hù)效果。錨桿最大受力超過(guò)其桿體屈服載荷，達(dá)到其桿體拉斷載荷的90．9%，錨索最大受力為其拉斷載荷的94．1%，錨桿(索)受力均有一定的富余量，充分發(fā)揮了錨桿(索)的高強(qiáng)支護(hù)作用，滿足安全生產(chǎn)要求，表明該支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)科學(xué)、合理。