劉繼平，姜耀東，詹紹建，關(guān)云鵬，王宏偉，李彥偉

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京 100083;2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083;3.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083)

1 工程概況

正利礦井田位于呂梁山脈蘆芽山南部典型的黃土梁峁地貌的丘陵區(qū)。地勢南高北低，最低海拔1148.2m，最高海拔1354.2m，井田中部有嵐河流過，井田面積16.1km2。礦井為低瓦斯礦井，井田屬地溫正常區(qū)。礦井采用立井開拓，煤層回采采用長壁綜采一次采全高采煤法，當(dāng)前采區(qū)為一采區(qū)。一采區(qū)走向長4.13km，傾斜寬1.74km，面積約7.18km2，設(shè)計可采儲量34.41Mt，設(shè)計生產(chǎn)能力1.5Mt/a，服務(wù)年限16.4年。論文涉及的礦壓監(jiān)測項目即在一采區(qū)14-1103綜掘順槽及14-1107掘進(jìn)順槽進(jìn)行。

該礦當(dāng)前的回采面為14-1101、14-1103工作面，掘進(jìn)面為14-1107面，其中14-1101面回采工作已基本結(jié)束。本文所研究的動壓巷道為14-1103回采面順槽巷道，靜壓巷道為14-1107掘進(jìn)面順槽巷道，如圖1所示。正利礦4-1號煤為14-1103回采面主采煤層，該煤層穩(wěn)定，整體呈單斜構(gòu)造，走向近南北，傾向東，傾角6～10°，平均8°。煤層厚度為1.8～4.75m，均厚3.75m，走向長2212.7，傾向長180m，工作面綜合柱狀圖如圖2所示。該工作面地質(zhì)構(gòu)造以小斷層發(fā)育為主，共揭露7條正斷層，落差最大5.5m，斷層走向基本與工作面斜交。

圖1 正利礦14-1103回采面和14-1107掘進(jìn)面平面圖

因14-1107工作面暫未形成回采系統(tǒng)，所以本文所研究的靜壓巷道為14-1107綜掘下順槽，如圖1所示。14-1107掘進(jìn)工作面主采也為4-1號煤層，煤層走向近北西，傾向北東，傾角6°左右，4-1號煤層厚度3.75～4.0m，平均3.88m。煤層含1～2層夾矸，夾矸厚0.17～0.45m，夾矸巖性以黑灰色砂質(zhì)泥巖為主，工作面內(nèi)預(yù)計無斷層及陷落柱等構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

2 動靜壓巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

2.1 測站布置

現(xiàn)場監(jiān)測主要包括頂板錨桿、錨索受力監(jiān)測、兩幫錨桿受力監(jiān)測、頂?shù)装逡平勘O(jiān)測、兩幫移近量監(jiān)測，工作面液壓支架工作阻力監(jiān)測等。動壓巷道測站監(jiān)測點位于為14-1103綜采上順槽，其中頂錨桿受力監(jiān)測點20個，頂錨索測點8個，頂板離層監(jiān)測點12個，幫錨桿測點26個，如圖3所示。靜壓巷道測站位于14-1107綜掘下順槽，共設(shè)監(jiān)測點26個，其中頂錨桿受力監(jiān)測點6個，頂錨索受力監(jiān)測點7個，頂板離層監(jiān)測點13個(圖4)。由于監(jiān)測所得數(shù)據(jù)較多，本文僅以一個斷面上的監(jiān)測點監(jiān)測所得數(shù)據(jù)加以說明。即以14-1103綜采上順槽990m處頂錨桿、錨索及幫錨桿受力情況進(jìn)行分析。

2.2 監(jiān)測方案

1)掘進(jìn)過程中，每班用MYJ型錨桿預(yù)緊力檢測儀對所注的錨桿進(jìn)行檢測，凡達(dá)不到規(guī)定預(yù)緊力的錨桿必須停止其它作業(yè)進(jìn)行處理，并做好驗收記錄。

2)每安設(shè)300根錨桿時，采用LDZ200礦用錨桿拉力計做1組錨桿拉拔檢驗，每組錨桿不少于9根，ф20mm錨桿不小于設(shè)計張拉力80 kN，ф18 mm錨桿不小于設(shè)計張拉力60 kN；并做好記錄，設(shè)計或材料變更應(yīng)另取一組檢驗。

圖2 巖層綜合柱狀圖

圖3 14-1103綜采上順槽礦壓監(jiān)測測點布置

圖4 14-1107綜掘下順槽測點布置

3)掘進(jìn)過程中每隔100m沿巷道中線安裝一組LBY-3型頂板離層儀。隊技術(shù)員每7天觀察一次頂板離層量，做好記錄并及時上報有關(guān)部門，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、整理工作，直至巷道施工完畢。

全年共落實中央水利建設(shè)投資1408億元，同口徑相比，較2012年增加140億元。其中中央預(yù)算內(nèi)固定資產(chǎn)投資717億元，財政專項資金669億元，中央水利建設(shè)基金22億元。投資安排上，中西部地區(qū)投資比重84%，民生水利投資比重72%。國家發(fā)展改革委批復(fù)重點水利項目41項，總投資1145億元。

4)若頂板離層量、頂?shù)装逑鄬σ平勘O(jiān)測值超過有關(guān)規(guī)定，則應(yīng)及時上報有關(guān)技術(shù)部門進(jìn)行支護(hù)參數(shù)修改，加強(qiáng)支護(hù)。

2.3 靜壓巷道礦壓規(guī)律分析

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果得到錨桿受力和頂板離層與推進(jìn)度的關(guān)系曲線如圖5所示。靜壓巷道礦壓監(jiān)測開始時掘進(jìn)工作面距最近的監(jiān)測點約為110m。由圖可知，靜壓巷道錨桿受力及頂板離層變化規(guī)律相對簡

圖5 靜壓巷道錨桿受力及頂板離層隨推進(jìn)度變化曲線

單，錨桿受力隨推進(jìn)度的變化近似呈線性，變化率最大為0.03kN/m，最小為0.01kN/m，最大增量為8kN。由圖5可知，靜壓巷道的頂板離層基本沒有監(jiān)測到變化，其最大變化值為3mm。

統(tǒng)計錨桿受力隨時間的增長速度以及最大增量如表1所示。由表可知錨桿受力增速較小，最大為0.49kN/d，且各錨桿受力增速呈減小的趨勢，即隨著工作面的推進(jìn)，錨桿受力變化趨于平穩(wěn)，當(dāng)掘進(jìn)工作面距測點超過300m后錨桿受力增速為初始增速的1/3～1/4且低于0.1kN/d，錨桿受力最大增量約為8kN，遠(yuǎn)小于錨桿的錨固力，此時可以認(rèn)為錨桿受力穩(wěn)定，錨桿足以承受頂板壓力。

表1 靜壓巷道錨桿受力增速及增量統(tǒng)計

2.4 動壓巷道礦壓規(guī)律分析

以動壓巷道14-1103綜采上順槽3#錨桿、5#錨桿、6#錨桿、7#錨桿為例，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制出典型的錨桿受力與推進(jìn)度的關(guān)系曲線如圖6所示。

由圖6可知，動壓巷道當(dāng)工作面推進(jìn)至880m時3#～7#錨桿受力開始出現(xiàn)明顯增長；當(dāng)工作面推進(jìn)至903m時3#～7#錨桿開始呈對數(shù)增長。動壓巷道頂板受力在距工作面110m以外受動壓影響較小，受力變化與靜壓巷道頂板錨桿受力情況近似；在距工作面30～65m范圍內(nèi)動壓巷道頂板錨桿受力明顯受動壓影響，錨桿(索)受力在短期內(nèi)迅速增長直至破壞。

以10m的間距選取7個錨桿受力監(jiān)測點，并統(tǒng)計其受力最大增速、最大增量以及最大增速下的受力增量占總增量的比例等情況如表2所示。

由表2可知，各錨桿受力的最大增長速度可達(dá)到55kN/d，平均可達(dá)到7kN/d，而最大增速出現(xiàn)的位置多在距工作面15m范圍以內(nèi)，各錨的受力最大值并未超過錨桿的錨固力，但個別錨桿的最終受力達(dá)到了錨桿錨固力的80%。

統(tǒng)計各錨桿受力在最大增速下的增長量占總增量的比例如表2所示。由表2可知，最大增速下錨桿受力增量占總增量的比例最低為44%，最高達(dá)88%，平均占比在66%以上。也就是在短期內(nèi)(最短半天，最長3天)錨桿受力的增量即占到總增量的大部分，而其他時間錨桿受力增長緩慢，增量較小。

圖6 錨桿受力與推進(jìn)度關(guān)系曲線

表2 錨桿受力最大增速與距工作面的距離

以50m的間距選取4個頂板離層監(jiān)測點，繪出頂板離層與推進(jìn)度關(guān)系曲線如圖6，頂板離層速度、最值等如表3所示。

表3 頂板離層速度及最大離層值

由圖6及表3可知，回采巷道頂板離層在工作面距測點20～30m時開始出現(xiàn)變化，但變化值很小，離層速度基本為0，而在距工作面100m以外則未監(jiān)測到離層變化。各離層儀監(jiān)測值均在距工作面5～10m以內(nèi)突然迅速增大，在幾小時內(nèi)迅速達(dá)到峰值，最大離層速度可達(dá)15mm/h，最大離層值為67mm。分析可知，頂板離層同樣表現(xiàn)出突變的特性，這在對回采巷道的現(xiàn)場觀察中也的到了驗證。

2.5 動靜壓巷道礦壓規(guī)律對比分析

2.5.1 錨桿受力、頂板離層等變化規(guī)律不同

靜壓巷道頂板受力呈線性變化且變化較小，變化率最大為0.23kN/d，最小為0.04kN/d，最大增量為8kN。動壓巷道頂板受力在距工作面110m以外呈線性增長，最大增量0.5k～1kN；在距工作面50～65m范圍內(nèi)呈緩慢曲線增長，增幅1k～2kN；在工作面20m范圍內(nèi)頂呈對數(shù)增長，最大增速可達(dá)50kN/d，最大增量約為70kN，并且在此范圍內(nèi)的增長量占到總增量的約66%。

靜壓巷道頂板離層與頂板錨桿受力情況類似，沒有明顯增長；動壓巷道頂板離層在距工作面100m范圍外基本不受動壓影響，動壓影響范圍在50～60m范圍以內(nèi)。隨著工作面的推進(jìn)，監(jiān)測值增長幅度逐漸變大，并在短期內(nèi)達(dá)到最大值，各點監(jiān)測值最大增量為67mm。

2.5.2 動靜壓巷道錨桿受力，頂板離層增幅相差較大。

分析工作面推進(jìn)200m過程中錨桿受力、頂板離層的變化情況如表4所示。

表4 錨桿受力頂板毛給你受力增速及增量

由表可知動壓巷道錨桿受力增速、增量遠(yuǎn)大于靜壓巷道，在動壓影響范圍內(nèi)錨桿受力、頂板離層的增長具有突然性，即錨桿受力、離層值多在距工作面較近時短期內(nèi)急速增長。這種錨桿受力突然急劇增加的情況可能導(dǎo)致錨桿受力來不及向周邊分散而超過其錨固力，因此可能導(dǎo)致錨桿被拉出失效。

3 結(jié)論

本文以正利礦14-1103回采工作面與14-1107掘進(jìn)巷道的礦壓及離層監(jiān)測為案例，對比分析了動靜壓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，得出如下結(jié)論。

1)頂錨桿錨索的受力隨工作面的推進(jìn)而有不同的變化。當(dāng)工作面在距離測點100m以外的范圍內(nèi)時，錨桿(索)受力基本不變；當(dāng)工作面推進(jìn)至距離錨桿(索)測點40～50m范圍內(nèi)時，錨桿(索)受力開始出現(xiàn)線性的緩慢增長；當(dāng)工作面推進(jìn)至距測點20～30m范圍內(nèi)時錨桿(索)受力開始顯著增長并迅速達(dá)到峰值。

2)回采面的停采對錨桿(索)受力有明顯的影響。隨著回采面的停采，距離回采面較近的部分測點受力會繼續(xù)增長且增幅較大，距離回采面較遠(yuǎn)的測點受力則逐漸趨于平穩(wěn)。

3)錨桿受力最大增速可達(dá)55kN/d，最大增量為70kN，頂板離層速度最大可達(dá)15mm/h，最大離層值為67mm，高速增長的位置均臨近工作面，高速增長時間短。

4)堅硬頂板條件下的回采巷道頂板受力、位移的變化都具有突變的特性，即在距工作面一定范圍

之外各監(jiān)測值變化緩慢或監(jiān)測不到變化，而當(dāng)工作面推進(jìn)至距測點較近的某一范圍內(nèi)時，各項監(jiān)測值會突然急劇增長，并在短期內(nèi)達(dá)到最大值。

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