煤礦巷道礦壓觀測分析及圍巖控制研究

郭 泉

（汾西礦業(yè)集團高陽煤礦，山西 孝義 032300）

一直以來，巷道的圍巖控制以及支護技術(shù)都是煤礦領(lǐng)域的重點課題，現(xiàn)階段我國在此方面的研究取得了較為良好的成果。對于實際所開展的工程建設(shè)來說，安全為最基本的要求，同時也為社會發(fā)展與進步的重要體現(xiàn)，尤其為煤礦生產(chǎn)、邊坡工程以及地下工程等一些領(lǐng)域，安全性評價得到了很大程度的發(fā)展。近些年來，煤礦開采業(yè)呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢，在這樣的背景下，煤礦開采深度得到了很大程度的提升，而地壓增大以及地質(zhì)條件所發(fā)生的相應(yīng)變化導(dǎo)致井工程支護以及維修方面的問題越來越突出，怎樣能夠?qū)崿F(xiàn)支護對巷道的有效控制是當(dāng)下礦井重點關(guān)注的一個話題。

1 礦壓觀測技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計調(diào)查表明，在當(dāng)前階段的多種煤礦安全生產(chǎn)事故當(dāng)中，煤礦頂板事故發(fā)生的概率較高，占據(jù)總事故比的45%左右，該事故的發(fā)生對人的生命安全以及財產(chǎn)安全造成非常嚴重的威脅。對該事故開展更為深入的研究發(fā)現(xiàn)，頂?shù)装灏l(fā)生事故與礦山的壓力存在著非常密切的聯(lián)系?；诖?，對礦山壓力所發(fā)生的變化情況給予更為深入地探索，明確其變化規(guī)律，這對于實現(xiàn)頂?shù)装迨鹿实挠行П苊夂涂刂苼碚f意義重大。

1.1 礦壓觀測的主要目的

實際所開展礦壓觀測工作的目的主要是，為了能夠通過對采掘工作面來壓步距以及強度的規(guī)律的深入探索，在此基礎(chǔ)上制定圍巖管控措施，這樣便能夠為后續(xù)采煤工作的順利開展奠定堅實的基礎(chǔ)，同時也能夠為礦壓觀測工作提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

1.2 礦壓觀測工作的內(nèi)容

對于實際所開展的礦壓觀測工作來說，其主要的觀測內(nèi)容主要包含兩個部分，分別為圍巖位移變形以及壓力。觀測的主要依靠是相關(guān)工作人員的統(tǒng)計實踐經(jīng)驗，另外采用現(xiàn)代化礦壓觀測儀觀測工作面以及巷道情況較為常見。

2 某煤礦巷道礦壓觀測試驗

位于山西省的某煤礦企業(yè)，當(dāng)前主要進行15號煤的開采，此層煤的結(jié)構(gòu)較為簡單，主要以亮煤為主，非常適合對其的開采，厚度從2.4 m至3.8 m不等，平均厚度在2.9 m左右，一些位置含有矸石。對矸石開展相應(yīng)的研究能夠發(fā)現(xiàn)，其成分主要有灰黑色泥巖和炭制泥巖，實際當(dāng)中的煤層頂?shù)装寰唧w情況如表1。

表1 15號煤層頂?shù)装迩闆r

此次所開展的礦壓觀測工作主要的觀測目標是15103運輸順槽，觀測的主要內(nèi)容是巷道的位移情況、巷道兩幫的位移情況以及錨桿載荷。

3 巷道頂板位移的觀測

實際所開展的巷道頂板位移情況需要加強對頂板離層儀的應(yīng)用，對作業(yè)的情況給予完整的記錄。對煤和半煤巖巷道離層儀所設(shè)置的間距控制在50 m之內(nèi)，對巖巷控制在100 m之內(nèi)，在巷道的開口和交叉位置同樣進行了頂板離層儀的安設(shè)，頂板離層儀的淺部基點在錨桿端部的相應(yīng)位置處進行安設(shè)，其和錨桿的長度相比要短10 cm；對于頂板離層儀的深部基點一定要在穩(wěn)定的巖層位置進行安設(shè)，如果實際當(dāng)中的穩(wěn)定巖層和巷道頂板之間存在較大的距離，那么這個時候的離層儀深部基點需要比錨索的錨固一方多出1 m或者是1 m以上，在進行安裝的過程中需要對外側(cè)點控制在5~15 mm的范圍內(nèi)進行安設(shè)。

所獲取的相關(guān)觀測數(shù)據(jù)表明，在開展巷道掘進工作的過程中，前50 d，巷道所發(fā)生位移的速度較快，變形量較為明顯，在掘進工作開展的50~80 d這一段時間巷道變形的速度明顯減慢，在掘進開展的80 d之后，巷道基本上不會再繼續(xù)發(fā)生位移。整個巷道位移變化觀測工作持續(xù)了245 d，頂板的位移量為328 mm，地板位移量為263 mm，二者的位移平均速度分別為1.34 mm/d與1.07 mm/d。

3.1 圍巖兩幫移近量的觀測

對運輸槽各個測站斷面的頂板、地板以及兩幫的中間位置都進行了觀測點的設(shè)置，測點布置所采用的方法為十字布點法。在錨網(wǎng)支護的部分每間隔100 m的距離，都對兩幫的中間位置和頂板錨桿進行鋼板的安設(shè)，所應(yīng)用的鋼板規(guī)格為10 cm×7 cm，將其當(dāng)做巷道圍巖的觀測點。在巷道底板的測點位置需要進行浮煤的清理工作，一直到煤層底板，也可以通過應(yīng)用順槽鋪設(shè)道軌以及其他一些物體作為相應(yīng)的參照。

巷道在掘進工作開展期間每間隔100 m的距離進行一組圍巖觀測點的設(shè)置，圍巖觀測工作開展的主要目標就是對頂板底板移近量和兩幫移近量的監(jiān)測，監(jiān)測工作開展的流程：在最開始的一周之內(nèi)每天進行一次的監(jiān)測；在一周之后的一個月之內(nèi)沒間隔10 d開展一次的監(jiān)測；在一個月之后需要每間隔一個月進行一次的監(jiān)測。

在監(jiān)測工作的整個過程當(dāng)中，巷道兩幫的位移量一共為250 mm，在掘進工作開展過程中的最開始80 d之內(nèi)，兩幫所發(fā)生的位移情況較為明顯，在80 d之后兩幫的位移相對穩(wěn)定，基本上不會發(fā)生明顯的變化。

3.2 錨桿的載荷觀測

在開展錨網(wǎng)支護巷道掘進的過程中每間隔100 m安裝1臺錨桿測力計，在對測力計進行實際的安裝之前，需要對錨桿Φ80 mm范圍面積進行相應(yīng)的清理工作，并且保證該區(qū)域的平整度，需要注意將錨桿測力計含有凸臺的一面朝向外側(cè)，將其套在錨桿，之后對其進行緊固，需要對與迎頭100 m距離的范圍當(dāng)中每天開展一次的監(jiān)測工作，和迎頭距離100 m之外需要每周開展一次的監(jiān)測工作。

最后所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在巷道斷面中間位置錨桿的受力是最大的，在受力最高的情況下能夠達到45 MPa；而處于巷道左右肩部位置的錨桿受力相對要更小一些，基本在20 MPa；而處在巷道幫位的錨桿受力是最小的，只有10 MPa。

4 巷道圍巖控制措施

由于巷道的開挖導(dǎo)致了圍巖應(yīng)力平衡狀態(tài)受到了相應(yīng)的破壞，使得圍巖應(yīng)力進行了重新分布。要想實現(xiàn)圍巖變形的有效控制，使圍巖自身的承載能力獲得更進一步地提升，就要加強對圍巖的錨桿支護，在此基礎(chǔ)上才能更好地為回采巷道支護參數(shù)方面的設(shè)計提供相應(yīng)的依據(jù)。

巷道開挖的過程中，如果圍巖所發(fā)生的變形不是很明顯，這是具有較強脆性特征的巖體便會發(fā)生開裂、滑動以及裂紋擴展等一些情況，此種情況的發(fā)生會導(dǎo)致圍巖的強度很大程度降低。所以，需要巷道圍巖在巷道掘進工作開展期間，巷道圍巖發(fā)生彈性變形以及塑性變形。如果變形情況較為嚴重可能會出現(xiàn)圍巖破碎區(qū)，此種情況，巷道支護的重要性不言而喻。實際上的地下巖體工程具有較強的復(fù)雜性，對巷道的穩(wěn)定性和圍巖壓力造成影響的因素較多，比如巷道自身圍巖的強度、圍巖地應(yīng)力以及巖體自身的完整性等。需要對巷道圍巖變形情況給予有效的控制，避免其繼續(xù)發(fā)展，以此為煤礦生產(chǎn)安全提供了有效的保障。

對該巷道礦壓的觀測結(jié)果進行分析，巷道存在一些部位的頂板已經(jīng)破碎，下沉量大并且兩幫所出現(xiàn)的圍巖變形情況較為嚴重，如果所開展的監(jiān)測工作存在相應(yīng)的不足，就不能及時采用相應(yīng)的措施對巷道進行維護工作，那就很容易導(dǎo)致頂?shù)装迨鹿实陌l(fā)生。為了能夠有效避免該情況的發(fā)生，可以采取以下幾種措施：首先，在實際施工開展之前需要對巷道，特別是人行應(yīng)急巷道做好清理工作，在工作面50 m范圍之內(nèi)，對頂板支護給予有效的觀測；第二，在施工開展的過程中需要將敲幫問頂制度充分地落實下去，避免出現(xiàn)空頂作業(yè)的情況，需要對空頂距給予合理的控制，不能夠超過1.5 m，也不能夠低于0.5 m；在開展永久支護工作之前需要做好臨時支護工作，需要保證永久支護的質(zhì)量以及支護工作開展的合理性。

5 結(jié)語

礦壓觀測工作的有效開展，能夠更好地了解巷道圍巖所發(fā)生變形的規(guī)律，以此便能夠?qū)鷰r的穩(wěn)定性給予準確的判斷。根據(jù)實際煤礦的地質(zhì)條件情況，不斷加大力度開展礦壓的監(jiān)測，對工作面和井巷礦壓的規(guī)律有一個更好地了解，通過對具有充分精準性以及可靠性支護信息的應(yīng)用，便能夠為現(xiàn)場的煤礦生產(chǎn)工作開展提供相應(yīng)的指導(dǎo)。