劉 明

（大同煤礦集團有限責任公司四臺礦，山西 大同 037052）

隨著煤礦的規(guī)模和產量提高，采掘設備大型化，要求的巷道斷面不斷增大。通過多年的研究和實踐，目前已經形成了以錨桿、錨索支護為主、多種支護方式共存的巷道支護局面，對煤礦安全高效生產起到支撐作用[1-4]。本文針對四臺礦8702綜采工作面5702回風巷進行錨桿、錨索受力監(jiān)測和巷道變形監(jiān)測。通過監(jiān)測巷道圍巖表面位移、錨桿索受力分析等來評價在生產過程中應用的高強度、高預緊力錨桿+短錨索強力支護技術應用效果，可為礦井后續(xù)類似工程條件下最優(yōu)支護的確定提供參考借鑒。

1 工作面概況

四臺礦8702綜采工作面位于東盤區(qū)，煤層厚度2.5～3.1m，平均煤厚2.8m。地面標高為1422～1566m，工作面標高為970～1012m。5702回風巷在實煤中掘進，該巷道設計長度2450m，沿煤層頂板，破底板掘進。5702回風巷當前支護主要參數(shù)如圖1所示。

2 井下礦壓監(jiān)測方案設計

四臺煤礦8702工作面已開始回采，對5702回風巷進行錨桿、錨索受力和巷道變形監(jiān)測，試驗巷道長度從1560m位置至切眼位置。為監(jiān)測周期來壓期間巷道支護結構受力及圍巖變形規(guī)律，確定將測站位置布置在1740m位置處，距離開切眼300m以外，如圖2所示。具體監(jiān)測方案如下。

圖2 測監(jiān)布置位置示意圖

2.1 錨桿錨索受力監(jiān)測

（1）錨桿（索）測力計

錨桿錨索受力監(jiān)測采用MC-500（A/B）錨桿（索）測力計進行。該測力計以剛體應變式來測量錨索（錨桿）在不同時期的受力情況，分為MC-500(A)和MC-500(B)兩種，其中M-錨索，C-測力，500（A/B）-量程。

（2）錨桿（索）測力計布置位置

錨桿（索）尾部測力計布置位置如圖3所示。頂板新安裝3根錨索，并在尾部安裝錨索測力計；頂板新安裝3根錨桿，巷幫靠近工作面?zhèn)葞托掳惭b3根錨桿，靠近煤柱側幫新安裝2根錨桿，并在錨桿尾部安裝錨桿測力計。從而實現(xiàn)工作面回采過程巷道全斷面錨桿錨索受力的監(jiān)測。

圖3 錨桿錨索尾部測力計布置

（3）安裝要求及測量頻度

測力計不能安裝在漏水滴水的錨索孔中，測力計按圖示要求安裝不能裝反，托板的厚度最好能達到10mm，調整測力計及萬向環(huán)的位置，使測力計受力均衡。工作面回采至1890m位置處開始監(jiān)測，該位置與測站布置點1740m位置距離為150m，每天進行井下測量。

2.2 巷道圍巖表面位移監(jiān)測

采用十字布點法安設表面位移監(jiān)測斷面，如圖4所示。采用卷尺和塔尺監(jiān)測巷道圍巖變形，監(jiān)測頻率為每天1次，監(jiān)測斷面同樣為1740m位置，與錨桿（索）受力監(jiān)測位置相同。觀測方法為：在C、D之間拉緊測繩，A、B之間伸縮塔尺，測讀AO、AB值；在A、B之間拉緊測繩，C、D之間拉緊鋼卷尺，測讀CO、CD值；測量精度要求達到1mm，并估計出0.5mm；采用皮卷尺測量監(jiān)測斷面距掘進工作面的距離。測量頻度為：在距離8702回采工作面150m之內，每天觀測一次。

圖4 巷道表面位移監(jiān)測斷面布置

3 礦壓監(jiān)測規(guī)律分析

3.1 錨桿與錨索受力分析

（1）錨桿受力規(guī)律分析

圖5為錨桿受力曲線，包括頂板錨桿、工作面幫錨桿和煤柱側幫錨桿，具體分析如下。

從頂板和兩幫不同位置的錨桿受力對比分析可知，整體規(guī)律一致。錨桿施加完預緊力后，在距工作面110～115m受力減小，在距工作面70～100m受力比較穩(wěn)定，距離工作面70m附近受力突然降低，在距工作面30～75m受力穩(wěn)定，然后在距工作面20m附近受力開始減少后逐漸增加，但整體變化不大，幅值低于20kN?？衫斫鉃樵阱^桿施加完預緊力后，由于預緊力的損失，造成錨桿受力減少，隨后因距離工作面較遠，還未受采動影響，受力比較穩(wěn)定。在距工作面70m處，由于工作面頂板的周期來壓，基本頂垮落引起巷道圍巖回彈，錨桿受力突然降低。隨后由于高預應力錨桿支護能有效控制巷道圍巖變形，錨桿受力仍比較穩(wěn)定，在距工作面超前20m處布置單體液壓支柱進行超前支護，液壓支柱的初撐力使圍巖變形收斂，錨桿受力減小，隨著工作面的推進，巷道圍巖變形逐漸增加，錨桿受力也相應增加。

圖5 錨桿受力曲線分析與頂錨索受力曲線分析匯總

通過對比不同位置的錨桿受力可以發(fā)現(xiàn)，兩幫錨桿和頂錨桿在施加預緊力以后均下降，降低幅值高達30kN。這是由于預緊力的損失造成的，頂板錨桿比幫錨桿損失值要低，這是因為頂板比較平整且錨桿施加的預緊力高，兩幫圍巖凸凹不平、預緊力低，可見錨桿預緊力的損失與圍巖表面粗糙度和預緊力數(shù)值關系較大。幫錨桿受力變化和頂板錨桿相差不大，均在5kN以內，比較穩(wěn)定。這是因為采用的高強度、高預緊力錨桿支護技術能提高圍巖的抗變形能力，但頂錨桿在距工作面70m處抖動較明顯，對周期來壓下頂板垮落比較敏感。

靠近煤柱幫的錨桿受力比較穩(wěn)定，變化值在1～2kN，靠近工作面幫的錨桿受力變化較大，在3～5kN，均是幫角處的錨桿受力偏低，說明底角圍巖已經破碎，高應力轉移后處于泄壓狀態(tài)。靠近工作面幫的頂板錨桿相對中間及煤柱幫的頂板錨桿受力變化較大，受工作面采動影響大，變化值在5kN左右，頂板3個錨桿預緊力相差較大，這與圍巖的非對稱性有關。

（2）錨索受力規(guī)律分析

如圖5（d）為錨索受力曲線分析。通過對錨索受力規(guī)律分析可知，不同位置的頂板錨索受力變化相同，在距工作面70～90m一直降低，70m處出現(xiàn)抖動，迅速降低并開始增加，距工作面20～70m錨索受力穩(wěn)定，距離工作面20m后開始逐漸增加。這是因為錨索在施加完預緊力后出現(xiàn)損失，錨索受力降低，在距工作面70m處周期來壓，基本頂垮落造成頂板回彈，引起錨索受力驟降，距工作面20～70m范圍內受工作面采動影響較小，受力比較穩(wěn)定，距工作面20m范圍內為采動超前影響段，巷道變形開始增加，錨索受力也隨之增加。

對比錨桿與錨索受力可發(fā)現(xiàn)，二者最大的區(qū)別在于距離工作面20m處，錨桿受力出現(xiàn)降低，而錨索受力幾乎不變。這是因為在超前20m范圍內布置的超前單體液壓支柱在圍巖擴散范圍較小，錨固深度淺，受其影響較大，而錨索錨固深度大，受其影響較小。

整個巷道錨桿、錨索幾乎沒有出現(xiàn)破斷的現(xiàn)象，說明該支護技術在大幅提高巷道掘進速度的同時，還能有效控制巷道圍巖變形，井下應用取得較好效果。

3.2 巷道表面位移分析

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，得出巷道頂板及兩幫移近量變化曲線，分析總結為：從整體來看，巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平孔兓厔菀恢?，均是一直增加，增速也在逐漸增加。在距工作面80～115m范圍內，巷道頂板及兩幫還未受工作面采動影響，比較穩(wěn)定，位移幾乎為零。在距工作面40～80m范圍內，巷道頂板及幫部移近量快速增加但變化數(shù)值很小，數(shù)值保持在6mm以下，頂板位移相對幫部較小，幫部對采動比較敏感。在距工作面40m及以下，頂?shù)装寮皟蓭鸵平垦杆僭黾樱鏊偌s為距工作面40～80m范圍內兩倍，說明該段受工作面采動影響劇烈，但最終的移近量均在18mm以下，滿足礦井生產要求，說明采用的高強度、高預應力錨桿索強力支護技術能顯著控制巷道圍巖變形。

4 結論

（1）錨桿與錨索監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，不同位置錨桿與錨索受力規(guī)律基本一致，錨桿受力分為4個階段：預緊力損失段、頂板周期來壓驟減段、超前支柱支撐減少段和強擾動急劇增長段，錨索因錨固范圍大，無超前支柱支撐減少段。無論是錨索還是錨桿，在工作面回采過程中變化值不超過20kN，無破斷失效現(xiàn)象。

（2）巷道圍巖表面位移監(jiān)測表明：頂板及兩幫變形規(guī)律基本一致，持續(xù)增加，增加速度先慢后快，但均在20mm以下。

（3）綜合巷道礦壓規(guī)律等分析數(shù)據(jù)，說明巷道高強度、高預應力錨桿索強力支護技術取得較好的技術應用效果。