曹務(wù)營(yíng)，漸修超

(1.山東省武所屯生建煤礦，山東滕州 277521;2.山東省三河口礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)寧 277605)

該煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)，屬黃土高原地帶。井田位于東勝煤田的中南部，其構(gòu)造形態(tài)與區(qū)域含煤地層構(gòu)造形態(tài)一致，總體為一向南西傾斜的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平緩，傾向220°～260°，地層傾角小于5°。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層，但在個(gè)別地段，煤層底板等高線起伏較大，起伏角一般小于2°，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂及緊密褶皺，亦無(wú)巖漿巖侵入。

儀器安裝的工作面為該礦22煤采區(qū)第二個(gè)工作面，布置在礦井一水平2－2上煤層中，該工作面四周及上下煤層均未開(kāi)采，均為實(shí)炭區(qū)，煤層平均厚度6 m，煤層傾角為0°～5°。2－2上煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，含1～2層夾矸，由于沉積環(huán)境為湖相沉積，煤層厚度及夾石厚度變化較大，煤層厚度4.6～10.6 m，夾石厚度0.3～1.9 m，2－1下煤和 2－2上煤同屬 2煤組，由于夾石厚度變化較大，2－1下煤和2－2上煤出現(xiàn)分合層情況。2－2上煤距下部2－2中煤層間距0.94 m，煤層頂板為細(xì)粒砂巖及砂質(zhì)泥巖，底板多為泥巖。

1 觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

該項(xiàng)監(jiān)測(cè)采用天地科技股份有限公司生產(chǎn)的KSE－III煤體應(yīng)力采集系統(tǒng)(圖1)，該系統(tǒng)由KJ21－FY礦用本安型壓力監(jiān)測(cè)分站、KSEIII－C鋼弦采集儀、地面適配器及鉆孔應(yīng)力計(jì)等組成，用來(lái)測(cè)量煤壁應(yīng)力、超前支承壓力，礦壓觀測(cè)人員定期攜帶采集儀到井下采集數(shù)據(jù)，上井后傳入通過(guò)適配器傳入計(jì)算機(jī)，采用專用軟件可以自動(dòng)生成礦壓報(bào)表，為超前支護(hù)范圍確定提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 KSE－III煤壁應(yīng)力采集系統(tǒng)

在工作面輔助運(yùn)輸順槽側(cè)工作面煤壁內(nèi)，距離切眼700 m開(kāi)始布置第一個(gè)測(cè)點(diǎn)(圖2工作面超前應(yīng)力測(cè)站)，以后每隔4 m布置一個(gè)共計(jì)6個(gè)。鉆孔應(yīng)力計(jì)安裝深度(即打鉆深度)分別為3 m、5 m、7 m、9 m、11 m、12 m，鉆孔直徑48 mm。

圖2 工作面超前應(yīng)力測(cè)站布置圖

2 工作面超前支承壓力分析

實(shí)測(cè)工作面煤壁內(nèi)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力隨距工作面距離L變化關(guān)系如圖3～圖7所示(其中，△為所測(cè)應(yīng)力值較初始值的變化量)。

圖3 3 m測(cè)點(diǎn)鉆孔應(yīng)力計(jì)△P－L曲線圖

圖5 7 m測(cè)點(diǎn)鉆孔應(yīng)力計(jì)△P－L曲線圖

圖6 9 m測(cè)點(diǎn)鉆孔應(yīng)力計(jì)△P－L曲線圖

圖7 11 m測(cè)點(diǎn)鉆孔應(yīng)力計(jì)△P－L曲線圖

根據(jù)上圖所反映的巷道煤壁側(cè)支承應(yīng)力值變化特征，可沿工作面走向?qū)⒊安蓜?dòng)影響劃分為3 個(gè)區(qū)段［1～5］(見(jiàn)表 1)，各區(qū)段具體情況分析如下:

表1 采動(dòng)影響各區(qū)段影響范圍統(tǒng)計(jì)表

第一區(qū)段:采動(dòng)影響輕微區(qū)，距工作面30 m以外區(qū)域。超前支承壓力較小，圍巖受其影響顯現(xiàn)不顯著，即周圍的煤壁基本未受到采動(dòng)影響。

第二區(qū)段:采動(dòng)影響明顯區(qū)，距工作面10～30 m區(qū)域。隨工作面繼續(xù)推進(jìn)，超前支承壓力開(kāi)始呈增大趨勢(shì)，受其作用巷道圍巖變形速度變大，表面移進(jìn)量開(kāi)始變得較為顯著。

第三區(qū)段:采動(dòng)影響劇烈區(qū)域。在此階段，受采動(dòng)影響，超前支承壓力急劇增大。距工作面10 m以內(nèi)區(qū)域受集中壓力作用，彈性形變加劇，圍巖表現(xiàn)為巷道圍巖變形速度明顯增快，并伴有一定的片幫及支護(hù)鋼帶變形的現(xiàn)象。前方支承壓力在距工作面3 m左右位置支承應(yīng)力達(dá)到峰值，最后開(kāi)始迅速下降，說(shuō)明此處的煤壁仍保持了較好的完整性，處于彈塑性狀態(tài)，具有較高的自承能力。

3 工作面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ治?/h2>

選擇測(cè)點(diǎn)距工作面切眼分別為3 m、6 m、9 m、12 m、15 m這五個(gè)典型的時(shí)刻，通過(guò)對(duì)比各鉆孔測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值較初始值的變化量Δ，來(lái)分析煤壁內(nèi)側(cè)向支承壓力分布規(guī)律，其應(yīng)力分布如圖8所示。

圖8 煤壁內(nèi)側(cè)向支承壓力變化曲線

從縱向上看，五個(gè)時(shí)刻側(cè)向支承壓力分布曲線隨著到切眼距離的增加，應(yīng)力數(shù)值變化趨勢(shì)逐漸放緩平緩，說(shuō)明距工作面越遠(yuǎn)，巷道煤壁側(cè)的側(cè)向支承壓力受采動(dòng)的影響越弱;從橫向上看，五個(gè)時(shí)刻側(cè)向支承壓力分布曲線隨著鉆孔深度的增加，應(yīng)力值變化曲線逐漸升高，并在深9 m處達(dá)高峰值，隨后逐漸降低。

測(cè)點(diǎn)距工作面3 m和6 m時(shí)，側(cè)向支承壓力分布具有相同的規(guī)律:出現(xiàn)兩個(gè)應(yīng)力峰值，根據(jù)“內(nèi)外應(yīng)力場(chǎng)”理論［4～5］可知，在距煤壁深約7 m位置煤壁附近頂板發(fā)生側(cè)向斷裂，導(dǎo)致此范圍內(nèi)應(yīng)力降低。

4 結(jié)論

1)工作面超前支承壓力受采動(dòng)影響范圍在32 m以內(nèi)，采動(dòng)影響劇烈區(qū)域在9 m范圍以內(nèi)，超前支承壓力最大值一般距離工作面2～4 m。

2)側(cè)向支承壓力分布曲線呈起伏狀態(tài)，出現(xiàn)兩個(gè)波峰和一個(gè)波谷，通過(guò)“內(nèi)外應(yīng)力場(chǎng)”理論可以推斷煤柱附近頂板發(fā)生側(cè)向斷裂的位置在7 m范圍內(nèi)。

［1］ 侯朝炯.煤層巷道兩幫煤壁應(yīng)力和極限平衡區(qū)的探討［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1989，(04).

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