放頂煤沿空留巷回采礦壓分析

王蓋克

（山西蘭花集團 東峰煤礦有限公司，山西 晉城048000）

東峰煤礦位于山西省高平市原村鄉(xiāng)管轄范圍內(nèi)，現(xiàn)開采3號煤層，煤層平均厚度6 m，采用綜合放頂煤采煤法。2015年5月東峰煤礦3G02工作面正式回采，軌道順槽采用柔模混凝土沿空留巷技術(shù)，截至2017年4月，3G02工作面回采結(jié)束，3G02軌道順槽共留巷615 m。3G02工作面為晉城地區(qū)首個綜采放頂煤沿空留巷工作面，為深入研究沿空留巷變形規(guī)律，待3G02軌道順槽沿空留巷施工結(jié)束2 a后，2019年5月正式復用沿空留巷，3G02軌道順槽作為3G01工作面回風順槽進行復用，如圖1所示。

圖1 沿空留巷平面示意Fig.1 Plane of gob-side entry

1 礦壓測站布置

為加強沿空留巷礦壓觀測，在3G01工作面回采期間，分別設置有頂板離層儀、頂?shù)装逦灰屏俊㈠^桿錨索測力計、墻體壓力枕等礦壓觀測設備。

1.1 頂板離層傳感器

采用在線頂板離層監(jiān)測設備進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)實時傳輸。回風順槽750 m處為基點安裝第1臺頂板離層儀傳感器，之后沿回風順槽每隔50 m安裝1臺頂板離層儀傳感器，安裝至100 m處，共14臺。安裝位置見表1。

表1 頂板離層傳感器安裝位置Table 1 Installation location of roof separation sensor

1.2 頂板應力傳感器

為觀測沿空留巷復用期間頂板壓力變化，每50 m布置1個頂板應力傳感器，同時每30 m布置1組錨桿錨索測力計，1組3個，分別為煤幫側(cè)錨桿測力計、頂板錨桿測力計、頂板錨索測力計。

1.3 頂?shù)装逦灰屏勘O(jiān)測點

3G01回風順槽每50 m布置1組頂?shù)装逦灰屏坑^測站，750 m處為第一組，之后沿回風順槽每隔50 m安裝1臺頂板離層儀傳感器，安裝至100 m處，共14組。

2 礦壓變形規(guī)律

2.1 概況

2019年5月3G01工作面正式進行回采，5月28日3G01回風順槽推進至留巷段，標志著沿空留巷二次回采工作的正式開展。截止2020年3月底，3G01回風順槽沿空留巷段回采結(jié)束，回采過程中沿空留巷出現(xiàn)頂板下沉、底鼓、幫鼓等不同程度的變形。

2.2 頂?shù)装遄冃我?guī)律

圖2 、圖3、圖4分別為650、600、550 m測點的頂?shù)装逦灰屏壳€。圖5、圖6、圖7分別為450、400、350 m三處測點的頂?shù)装逦灰屏壳€。

圖2 650 m頂?shù)装逦灰屏壳€Fig.5 Displacement curve of roof and floor at 650 m

圖3 600 m頂?shù)装逦灰屏壳€Fig.3 Displacement curve of roof and floor at 600 m

圖4 550 m頂?shù)装逦灰屏壳€Fig.4 Displacement curve of roof and floor at 550 m

圖5 450 m頂?shù)装逦灰屏壳€Fig.5 Displacement curve of roof and floor at 450 m

圖6 600 m頂?shù)装逦灰屏壳€Fig.6 Displacement curve of roof and floor at 400 m

圖7 550 m頂?shù)装逦灰屏壳€Fig.7 Displacement curve of roof and floor at 350 m

由圖2、圖3、圖4可以看出，沿空留巷在推進前200 m時，頂?shù)装逦灰屏孔冃沃饕憩F(xiàn)在超前20 m范圍之內(nèi)，超前20～5 m頂?shù)装遄冃瘟砍霈F(xiàn)不同程度的減小，變形量在10～30 cm，且隨推進長度的增加，變形量增加。超前5～0 m為壓力較大區(qū)域，隨推進頂?shù)装遄冃瘟考眲p小，變化量在12～30 cm。根據(jù)現(xiàn)場其它測點數(shù)據(jù)分析可知，變形量規(guī)律均與圖4～圖6相似，總變形量在10～50 cm，平均變形量為18 cm。

由圖5、圖6、圖7看出，沿空留巷在推進300～450 m時，頂?shù)装逦灰屏孔冃畏秶^推進前200 m時明顯增加，主要表現(xiàn)在超前50 m范圍之內(nèi)，超前50 m范圍內(nèi)，隨工作面推進，會出現(xiàn)3～4個變化節(jié)點，距煤壁30～0 m時，頂?shù)装逦灰屏孔兓凛^大。根據(jù)現(xiàn)場其它測點數(shù)據(jù)可知，沿空留巷在推進200～500 m時，總變形量在40～90 cm，平均變形量為50 cm，較沿空留巷推進前200 m明顯增加。

2.3 頂幫錨桿（索）壓力分析

圖8 、圖9、圖10分別為700、640、580 m三處測點的錨桿錨索壓力曲線圖。700 m處幫錨桿和頂板錨索壓力在距煤壁17 m處和9 m處分別增大。幫錨桿壓力增大10 MPa，頂錨索壓力增大16 MPa，頂錨桿壓力無變化。640 m處幫錨桿壓力在距煤壁21～0 m時逐漸增大，變化值為18 MPa，頂板錨桿和錨索壓力基本無變化。580 m處與640 m處相似，幫錨桿壓力在20～0 m共增加17 MPa，頂板錨桿錨索壓力基本無變化。

圖8 700 m錨桿錨索壓力曲線Fig.8 700 m anchor bolt cable pressure curve

圖9 640 m錨桿錨索壓力曲線Fig.9 640 m anchor bolt cable pressure curve

圖10 580 m錨桿錨索壓力曲線Fig.10 580 m anchor bolt cable pressure curve

圖11 、圖12、圖13分別為450、420、360 m三處測點的錨桿錨索壓力曲線。450 m處幫錨桿壓力在距煤壁33、21、18 m時存在3個增大的節(jié)點，共增加24 MPa，頂錨索壓力在距煤壁21 m時增加20 MPa，隨后維持不變，頂錨桿壓力無變化。420 m處幫錨桿壓力在距煤壁39、18、9 m時存在3個增大的節(jié)點，共增加23 MPa，頂板錨索在距煤壁14 m時緩慢增大，共增加5 MPa，頂錨桿無明顯變化。360 m處幫錨桿壓力在距煤壁52 m時開始增加，距46～0 m時增加速度減緩，共增加19 MPa，頂板錨索壓力在距煤壁27 m時開始增加，共增加10 MPa，頂板錨桿壓力無明顯變化。

圖11 450m錨桿錨索壓力曲線Fig.11 Pressure curve of 450 m bolt and anchor cable

圖12 420m錨桿錨索壓力曲線Fig.12 Pressure curve of 420 m bolt and anchor cable

圖13 360 m錨桿錨索壓力曲線Fig.13 Pressure curve of 360 m bolt and anchor cable

2.4 礦壓規(guī)律分析

沿空留巷回采期間，頂板離層儀均未發(fā)生明顯離層，結(jié)合頂?shù)装逦灰屏扛鳒y點數(shù)據(jù)可知，頂?shù)装逦灰屏孔兓饕缘坠臑橹鳎植靠繅w側(cè)有頂板下沉的現(xiàn)象，下沉量在0～10 cm。在推進前200 m時，底鼓量較小，平均底鼓量不足20 cm，且距煤壁20 m左右時方才顯現(xiàn)，在推進300～450 m時，礦壓顯現(xiàn)最為明顯，底鼓量較大，平均底鼓量在50 cm左右。根據(jù)錨桿錨索壓力各測點數(shù)據(jù)亦可驗證上述猜想，推進過程中幫錨桿壓力先增加，與現(xiàn)場超前范圍內(nèi)出現(xiàn)不同程度的幫鼓現(xiàn)象相對應，且在推進300～450 m段時，幫錨桿壓力和頂錨索壓力在距煤壁40 m左右時開始增加，較推進前200 m時壓力影響區(qū)域增大。因此沿空留巷回采時需加強幫錨桿防護措施。

3 結(jié) 論

（1）沿空留巷回采時巷道變形以頂?shù)装逡平繛橹?，其中頂板鼓起為主要變形，兩幫變形以煤幫上?cè)鼓出為主。

（2）沿空留巷推進前200 m時，巷道壓力區(qū)域主要表現(xiàn)在超前支護20 m范圍內(nèi)，推進300～450 m段時，礦壓顯現(xiàn)最為明顯，巷道壓力區(qū)域主要表現(xiàn)在距煤壁50 m范圍內(nèi)。

（3）沿空留巷在推進過程中，煤幫側(cè)壓力首先增加，頂板壓力主要表現(xiàn)在直接頂和老頂傳遞的壓力。

（4）通過沿空留巷礦壓分析，回采推進時必須采取防止幫錨桿射出的有效措施，且防護范圍需在距煤壁40 m范圍內(nèi)。