特厚煤層孤島工作面巷道礦壓監(jiān)測設(shè)計

張駿義 孫 邈

（晉能控股煤業(yè)集團同忻煤礦，山西 大同 037001）

1 工作面概況

同忻礦8102 工作面設(shè)計走向長1 516.5 m，可采走向長1 399.5 m，煤層厚18.08 m，其中機采高度3.9 m，頂煤厚度14.18 m，采放比1:3.6，煤層平均傾角1°。8102 工作面兩側(cè)煤柱均為6 m，均為采空區(qū)。為保證8102工作面回采巷道掘進施工安全，研究特厚煤層放頂煤開采下的兩巷圍巖礦壓規(guī)律，設(shè)計對2102 巷和5102 巷進行現(xiàn)場跟蹤礦壓觀測。

2 礦壓觀測設(shè)計分析

2.1 礦壓觀測內(nèi)容及相應儀器

（1）觀測內(nèi)容。在井下現(xiàn)場需要觀測的主要指標就是礦壓變化，包括巷道掘進期間以及正常采煤過程，這期間動壓變化大，圍巖壓力處于不穩(wěn)定狀態(tài)。具體內(nèi)容包括：巷道四周巖面位移量、圍巖破碎深度、頂板離層厚度、錨桿和錨索受拉力情況[1]。

（2）觀測儀器。根據(jù)本項目觀測內(nèi)容，選取表1 所示相關(guān)設(shè)備和儀器。

表1 觀測儀器

2.2 測站、測線布置設(shè)計

（1）測站布置設(shè)計。根據(jù)2102 巷、5102 巷位置以及其與上覆煤層采空區(qū)之間的對照關(guān)系，將測站分為三個部分：① 第一部分位于相鄰采空區(qū)停采線附近，為了觀測從實體煤進入沿空階段時巷道壓力變化；② 第二部分位于回采巷道中部對應上覆煤層區(qū)段煤柱與采空區(qū)交界位置，為了觀測上覆采空區(qū)影響及正?；夭呻A段巷道壓力變化；③ 第三部分距離開切眼較近，為了觀測上層實體煤及回采初期階段的巷道壓力變化[2]。

根據(jù)上述觀測原則，分別在2102 巷、5102 巷道內(nèi)設(shè)置A、B 和C 三個測站，具體位置見表2。

表2 測站位置設(shè)計

（2）測線布置設(shè)計。為了防止監(jiān)測過程受外界影響而被打斷或數(shù)據(jù)失效，每個測站位置設(shè)計3個測線，間距30 m。下面以2102 巷A 測站為例，該測站的3 個測線安裝儀器的類型和位置如圖1（其他測站的測線安裝與其基本一致）[3]。

圖1 測站各類儀器位置結(jié)構(gòu)圖

3 礦壓觀測方案設(shè)計

3.1 巷道表面位移觀測方法設(shè)計

（1）測量設(shè)置。利用“固定木樁法”測定巷道表面位移情況，四個基點分別布置在巷道上、下、左、右圍巖的中間位置，在一個豎直斷面上（圖2）。4 個木樁基點設(shè)置完成后，立即使用塔尺測量OA、OD、OB、OC 初讀數(shù)，同時將測量數(shù)據(jù)準確地填寫在觀測表上[4]。

圖2 四個木樁基點位置及尺寸說明（m）

（2）觀測頻度及要求。① 本項目要求測站內(nèi)各個測線每天觀測一次OA、OD、OB、OC 數(shù)據(jù)，直到巷道圍巖變形穩(wěn)定；② 根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制巷道表面收斂曲線圖，若出現(xiàn)突然增大現(xiàn)象應及時查明原因并做好應對準備。

3.2 圍巖位移狀態(tài)觀測方法設(shè)計

（1）測站測線測點布置。為了觀測不同深度下圍巖位移情況，在同一個觀測孔中，深部、中部、

淺部各布設(shè)3 個測點。因觀測孔位置不同，其深測點深度也不同，具體設(shè)計如下：① 頂板的深基點距孔口7 m（每隔1 m 安裝一個測點）；② 實體煤側(cè)的深基點距孔口12 m（每隔1 m 安裝一個測點）；③ 小煤柱側(cè)中的深基點距孔口5 m（每隔0.5 m 安裝一個測點），安裝結(jié)構(gòu)如圖3[5]。

圖3 巷道圍巖位移觀測設(shè)計（m）

（2）觀測頻度及要求。① 根據(jù)觀測目標，使用圍巖多點位移計測量各測點刻度筒讀數(shù)，并將各測點的刻度1、2、3……10 的讀數(shù)分別記錄下來；② 掘進頭附近（不大于50 m）的測站是重點觀測對象，每班觀測記錄一次，其他測站一天一次[6]。

3.3 頂板離層動態(tài)觀測設(shè)計

（1）測站測線測點布置。在2102 巷及5102巷中，頂板離層儀安裝在巷道中心線位置，安裝間隔50 m，深基點要確保在8 m 深度，淺基點2.5 m深度，安裝結(jié)構(gòu)如圖4[7]。

圖4 頂板離層觀測安裝圖

（2）觀測頻度及要求。① 相關(guān)儀器安裝應及時、快速，待頂板暴露即安裝。根據(jù)觀測目標，測量長短刻度筒讀數(shù)并記錄；② 掘進頭附近（不大于50 m）的測站每班觀測記錄一次，其他測站一天一次。

3.4 錨桿錨索動載拉力測試方法

（1）測站測線測點布置。錨桿、錨索受力觀測設(shè)置三個測站，A、B 測站分別設(shè)置三條測線，C測站設(shè)置一條。其中A、B 兩個測站安裝9 個錨桿和4 個錨索拉力計，C 測站安裝9 個錨桿和2 個錨索拉力計。

（2）觀測頻度及要求。① 拉力計安裝應及時、快速，待頂板暴露即安裝。根據(jù)觀測目標，測量長短刻度筒讀數(shù)并記錄；② 掘進頭附近（不大于50 m）的測站每班觀測記錄一次，其他測站一天一次。

3.5 監(jiān)測結(jié)果分析

3.5.1 巷道圍巖變形監(jiān)測結(jié)果分析

2102 巷兩幫移近量及變形速率如圖5（左）所示。由圖可知：（1）隨著距離煤壁越來越遠，兩幫移近量和變形速率均在顯著減小。在距離煤壁30 m范圍內(nèi)，移近量值由360 mm 降低至95 mm，變形速率由80 mm/d 降低至25 mm/d。（2）距離煤壁超過30 m 后，巷道支護結(jié)構(gòu)已經(jīng)完備，此時兩幫移近量由95 mm 緩慢降至80 mm，最后逐漸趨近于0，變形速率由25 mm/d 逐漸趨近于0，變化過程平緩。

圖5 2102 巷兩幫（上）和頂?shù)装澹ㄏ拢┮平考白冃嗡俾时O(jiān)測曲線

2102 巷頂?shù)装逡平考白冃嗡俾嗜鐖D5（右）所示。由圖可知：（1）頂?shù)装逡平亢妥冃嗡俾收麄€趨勢與兩幫基本一致，也是以距離煤壁30 m為分界點，前后發(fā)生顯著變化。（2）頂?shù)装遄冃嗡俾瘦^兩幫值顯著增大，最高值達到160 mm/d，然后快速降至80 mm/d。

3.5.2 巷道頂板離層監(jiān)測結(jié)果分析

2102 巷頂板離層監(jiān)測曲線如圖6 所示。由圖可知：（1）不管是錨固區(qū)內(nèi)還是區(qū)外，頂板離層值均隨著距離煤壁值增大而減小，前30 m 變化速率較大，之后緩慢減小。（2）在錨固區(qū)之外，頂板離層最大值達到68 mm，在錨固區(qū)內(nèi)離層最大值約為38 mm，且距煤壁超過30 m 后基本就不再離層。因離層超過20 mm 就會有冒頂風險，所以需要適當加大錨桿密度，防止頻繁出現(xiàn)冒頂事故。

圖6 2102 巷頂板離層監(jiān)測曲線

4 結(jié)語

為強化8102 孤島工作面的安全開采，制定了完善、詳細的礦壓監(jiān)測計劃。通過觀察礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，預判其發(fā)展形態(tài)，為后續(xù)的加強支護或改善支護參數(shù)提供了可靠依據(jù)。