米山煤業(yè)巷道礦壓觀測分析及圍巖控制

李 劍

（山西高平科興米山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

目前隨著我國淺部煤炭資源的日益減少，更多礦井進入到了深部開采階段，在安徽、山東等省份的采深甚至超過1000 m[1-2]。在對深度較大的煤層進行開采前，有大量的井巷工程需要施工，如何更加安全高效的進行巷道圍巖控制，成為了保障煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重要工作。

1 礦壓觀測技術(shù)的現(xiàn)狀

相關(guān)資料顯示[3-4]，煤礦頂板事故是煤礦安全生產(chǎn)事故中占比最高的事故種類之一，約占總事故起數(shù)的45%左右，頂板事故造成的死亡人數(shù)同樣居高不下，占總傷亡人數(shù)的40%。研究發(fā)現(xiàn)，頂?shù)装迨鹿实陌l(fā)生和礦山壓力的變化密切相關(guān)。因此準確觀測礦山壓力的變化規(guī)律對遏制頂?shù)装迨鹿示哂兄匾饬x。

1.1 礦壓監(jiān)測的目的

礦壓監(jiān)測的目的在于通過對采掘工作面的來壓步距和強度的規(guī)律研究，合理制定圍巖管控措施，為采煤作業(yè)順利進行掃除障礙的同時也為企業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)性意見[5]。

1.2 礦壓觀測的內(nèi)容

現(xiàn)場礦壓觀測內(nèi)容包括圍巖位移變形和壓力兩大類。其觀測手段除了工作人員的統(tǒng)計經(jīng)驗觀測之外，主要是運用先進的礦壓觀測儀表對工作面和巷道進行觀測。

2 米山煤業(yè)礦壓觀測試驗

山西高平科興米山煤業(yè)有限公司（全文簡稱米山煤業(yè)）位于山西省晉城高平市，目前開采15號煤。該層煤呈黑色，以亮煤為主，煤層結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可采，厚度2.4～3.8 m，平均2.9 m，局部含0～2層矸石，矸石成分多為炭質(zhì)泥巖或灰黑色泥巖，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 15號煤層頂?shù)装迩闆r

本次礦壓觀測將選擇15103運輸順槽為觀測對象，將對巷道位移量、兩幫位移量和錨桿（索）載荷進行觀測。

2.1 頂板位移觀測

頂板位移狀況的觀測，需要借助頂板離層儀進行作業(yè)記錄。煤及半煤巖巷道離層儀安設(shè)間距不大于50 m，巖巷不大于100 m，巷道開口及交叉處應(yīng)增設(shè)頂板離層儀。頂板離層儀淺部基點安設(shè)在錨桿端部位置（比錨桿長度短0.1 m），深部基點必須安設(shè)至穩(wěn)定巖層，當穩(wěn)定巖層與巷道頂板距離過大時，離層儀深部基點應(yīng)超出錨索錨固端1 m以上，安裝時內(nèi)外側(cè)點設(shè)置在5～15 mm。

觀測數(shù)據(jù)顯示，在巷道掘進階段的50 d內(nèi)，巷道位移的變形量上升迅速，50～80 d的階段變形速度下降，成緩慢上升趨勢，80 d之后巷道位移幾乎不再發(fā)生變化。在觀測的245 d中，頂?shù)装宸謩e發(fā)生328 mm和263 mm的位移量，平均速度為1.34 mm/d和1.07 mm/d，如下頁表2所示。

表2 觀測點表面平均位移

2.2 圍巖兩幫移近量的觀測

在15103運輸順槽每個測站斷面的頂、底板和兩幫的中部各布置1個測點，測點采用十字布點法布置，如圖1所示。在錨網(wǎng)支護段每隔100 m，在兩幫中間及頂板錨桿上各安設(shè)一塊10 cm×7 cm的鋼板，作為巷道圍巖觀測點。底板測點處應(yīng)將浮煤清至煤層底板，或利用順槽鋪設(shè)的道軌等物作為參照。

圖1 表面位移測點布置示意圖

巷道在掘進過程中每100 m設(shè)置一組圍巖觀測點，圍巖觀測內(nèi)容包括頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平?，一周?nèi)每天量測一次；一周后一月內(nèi)每十天量測一次；一月以后每月量測一次。

如圖2所示，在245 d的觀測中，巷道兩幫累積位移量在250 mm左右，在掘進前80 d內(nèi)兩幫位移上升明顯，80 d以后兩幫位移區(qū)域穩(wěn)定，變化較小。

圖2 巷道兩幫位移變化示意圖

2.3 錨桿（索）載荷觀測

錨網(wǎng)支護巷道掘進期間每100 m安裝1臺MCZ-200型錨桿（索）測力計，安裝前先將錨桿（索）周圍Φ80 mm的面積清理平整，錨桿（索）測力計有凸臺的一面向外，套在錨桿（索）上，并將錨桿（索）緊固，距工作面迎頭100 m范圍內(nèi)，每天觀測一次；100 m以外，每周觀測一次。

觀測數(shù)據(jù)顯示，處于巷道斷面中間位置的錨桿受力最大，最高可達45 MPa；位于巷道左右肩部的錨桿受力較小，在20 MPa左右；位于巷道幫位的錨桿受力最小，僅有10 MPa。

3 巷道圍巖控制措施

從礦壓觀測結(jié)果來看，巷道局部頂板破碎，下沉量較大、兩幫存在圍巖變形較嚴重的現(xiàn)象，如果監(jiān)測不到位，未及時采取措施進行巷道維護，容易造成頂?shù)装迨鹿剩瑥亩鴮⒂嗅槍π缘闹贫ㄒ韵麓胧?/p>

1）施工前要對巷道，尤其是人行應(yīng)急巷道進行及時清理，對工作面50 m范圍內(nèi)的頂板支護進行觀測。

2）施工中嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度，嚴禁空頂作業(yè)；最大空頂距不得大于1.5 m，最小空頂距為0.5 m。

3）永久支護前必須使用好臨時支護，永久支護質(zhì)量必須有效，支護合理。

4 結(jié)語

礦壓觀測對于實時了解巷道圍巖的變形規(guī)律，判斷圍巖的穩(wěn)定性具有重要意義。米山煤業(yè)結(jié)合本礦地質(zhì)條件，通過對礦壓監(jiān)測力度加強，了解工作面及井巷礦壓規(guī)律，獲取了可靠的支護信息，可以有效地指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。