錨桿支護(hù)巷道礦壓監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理

許 蕾

（中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110015）

·試驗(yàn)研究·

錨桿支護(hù)巷道礦壓監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理

許 蕾

（中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110015）

錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)是研究支護(hù)方式、檢驗(yàn)支護(hù)效果、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、判斷巷道穩(wěn)定性，保證安全生產(chǎn)的重要手段之一。本文以某煤礦煤巷錨桿支護(hù)巷道為試驗(yàn)巷道，進(jìn)行了巷道表面位移、頂板離層、錨桿（索）動(dòng)態(tài)錨固力監(jiān)測(cè)，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證了支護(hù)參數(shù)的合理性，為日后回采巷道支護(hù)參數(shù)確定提供了參考依據(jù)。

錨桿；支護(hù)方案；礦壓監(jiān)測(cè)；頂板離層

巷道支護(hù)方案確定后，須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工檢驗(yàn)，即按設(shè)計(jì)方案實(shí)施試驗(yàn)巷道，并進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)。一是可隨時(shí)觀察巷道圍巖動(dòng)態(tài)變化情況，掌握圍巖的變形規(guī)律，當(dāng)圍巖變形超過允許范圍值時(shí)，及時(shí)采取措施，保證安全生產(chǎn)；二是通過監(jiān)測(cè)獲得支護(hù)體受力情況，評(píng)價(jià)支護(hù)效果，為修改設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)［1-3］。

本次礦壓監(jiān)測(cè)是在吉林某煤礦5-1采區(qū)回采巷道內(nèi)進(jìn)行的，巷道支護(hù)形式為錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)。通過以上礦壓觀測(cè)，確定巷道錨桿支護(hù)參數(shù)的合理性，為進(jìn)一步完善巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

5-1采區(qū)位于北斜井盲斜井筒西翼，地表標(biāo)高+440 m，煤層埋藏深度為490～640 m；隨著開采深度的增加和地質(zhì)條件的復(fù)雜變化，區(qū)段巷道出現(xiàn)了嚴(yán)重破壞，其中煤質(zhì)松軟和應(yīng)力集中是造成巷道破壞的主要影響因素，該區(qū)掘進(jìn)的-50～-125 m（沿煤層）區(qū)段巷道，目前己翻修8次，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。

2 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

通過理論計(jì)算法與工程類比法確定巷道支護(hù)參數(shù)為：頂板錨桿采用直徑22 mm，長度2 200 mm的螺紋鋼錨桿；兩幫錨桿參數(shù)為直徑20 mm；長度2 000 mm，頂板及兩幫錨桿間排距皆為600 mm。頂板錨索直徑15．24 mm，長度6 000 mm，錨索呈矩形布置，錨索排距1 800 mm。頂板錨桿之間采用鋼筋梯組合，鋼筋直徑14 mm，梯寬100 mm；巷道表面鋪設(shè)菱形網(wǎng)，網(wǎng)寬800mm，網(wǎng)格尺寸50mm×50mm，支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖見圖1。

圖1 錨桿、錨索布置示意圖

3 巷道礦壓觀測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)試驗(yàn)巷道的礦壓監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：巷道表面位移量、頂板離層量、錨桿（索）動(dòng)態(tài)錨固力。

1）表面位移基點(diǎn)的安設(shè)及其測(cè)量原理。

巷道表面位移是指巷道頂?shù)装搴蛢蓭驮谙锏篱_挖后一段時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移量。觀測(cè)目的是巷道從開挖到穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)，巷道表面位移隨圍巖暴露時(shí)間的變化規(guī)律，從中找出巷道圍巖位移與錨桿（索）支護(hù)形式及參數(shù)之間的關(guān)系，為評(píng)估支護(hù)效果提供量化指標(biāo)。

由于本區(qū)底鼓并不明顯，所以僅進(jìn)行了頂板下沉量和兩幫移近量觀測(cè)，測(cè)量方法采用三角形方法進(jìn)行測(cè)量，分別在頂板及兩幫設(shè)置觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)A、B、C。基點(diǎn)布置示意圖見圖2。

圖2 表面位移基點(diǎn)布置示意圖

現(xiàn)場(chǎng)采用收斂計(jì)進(jìn)行測(cè)量，LAB，LAC，LBC三個(gè)值為初讀數(shù)，a、b、c為任意時(shí)刻巷道變形后相對(duì)應(yīng)的三點(diǎn)，觀測(cè)時(shí)只需量測(cè)Lab，Lac，Lbc即可，其算法用三角形表面收斂原理，見圖3。

圖3 觀測(cè)斷面三角形表面收斂計(jì)算圖

當(dāng)A、B、C三點(diǎn)移動(dòng)后，所構(gòu)成的三角形△abc仍是閉合的，假設(shè)E點(diǎn)為不動(dòng)點(diǎn)，它到各點(diǎn)的初始距離分別為h、XB、XC。根據(jù)勾股定理可以求出：

任一時(shí)刻E點(diǎn)到各點(diǎn)的距離為ha、xb、xc，同理可以求出：

于是各測(cè)點(diǎn)的位移：

2）頂板離層觀測(cè)基點(diǎn)的安設(shè)。

頂板離層是預(yù)測(cè)巷道失穩(wěn)的主要參數(shù)之一。當(dāng)離層達(dá)到一定值時(shí)，頂板將發(fā)生破壞和冒頂，此時(shí)頂板離層值即為頂板失穩(wěn)離層界限值（簡(jiǎn)稱離層限）。離層界限因開采地質(zhì)條件、采動(dòng)影響程度等因素不同而異，實(shí)際中應(yīng)根據(jù)具體情況確定出離層限。當(dāng)頂板離層達(dá)到離層界限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析頂板離層原因，采取相應(yīng)的控制措施和治理措施。

頂板離層采用KGE30C圍巖離層報(bào)警儀，當(dāng)離層超過所設(shè)定范圍時(shí)，它可自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。其監(jiān)測(cè)的基本原理是通過測(cè)量兩個(gè)基點(diǎn)同頂板表面相對(duì)位移變化，測(cè)得淺部基點(diǎn)的離層和兩基點(diǎn)間的離層。深部基點(diǎn)安在錨索端部所在高度位置，淺基點(diǎn)安在錨桿端部所在高度位置。

3）錨（索）動(dòng)態(tài)錨固力監(jiān)測(cè)儀的安設(shè)。

錨桿受力監(jiān)測(cè)是錨桿支護(hù)中最基本的工作。其量測(cè)的目的是監(jiān)測(cè)錨桿受力變化規(guī)律，了解錨桿軸向力隨圍巖變形的變化情況，借以評(píng)價(jià)或修改錨桿支護(hù)參數(shù)。試驗(yàn)巷道內(nèi)錨桿（索）錨固力監(jiān)測(cè)采用MJ-40錨桿測(cè)力計(jì)，在每個(gè)觀測(cè)斷面頂、幫錨桿（索）上分別安裝錨固力監(jiān)測(cè)儀，觀測(cè)錨固力隨時(shí)間的變化情況。

4 礦壓觀測(cè)結(jié)果分析

4．1 巷道表面位移的觀測(cè)結(jié)果分析

通過一個(gè)多月的觀測(cè)，獲得了表面位移的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制了巷道表面位移量與時(shí)間關(guān)系曲線，具體見圖4和圖5。

圖4 第一觀測(cè)斷面表面位移變化曲線圖

圖5 第二觀測(cè)斷面表面位移變化曲線圖

從圖4，圖5來看，巷道在掘后一定時(shí)間內(nèi)，圍巖運(yùn)動(dòng)在不斷調(diào)整和變化之中，頂板最大下沉量為46．2 mm，兩幫最大收斂量為80 mm。在巷道掘進(jìn)15天后，巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定，說明巷道圍巖在自身調(diào)節(jié)及支護(hù)作用下達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，也證明在該圍巖條件下使用錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)和所選支護(hù)參數(shù)是合理的。

4．2 頂板離層觀測(cè)結(jié)果分析

頂板離層分析曲線見圖6，圖7。

圖6 第一觀測(cè)斷面離層變化曲線圖

圖7 第二觀測(cè)斷面離層變化曲線圖

由圖6，圖7可知，巷道頂板在掘后18天內(nèi)離層持續(xù)增大，18天后離層趨于穩(wěn)定，這是支護(hù)與圍巖相互作用并達(dá)到穩(wěn)定的過程。觀測(cè)期間2 m內(nèi)最大離層量為20 mm，2～6 m間頂板最大離層量28 mm。觀測(cè)得到的頂板離層量較小，表明在錨桿和錨索的共同作用下有效抑制了頂板煤巖的擴(kuò)容，錨桿和錨索的設(shè)計(jì)參數(shù)滿足了巷道圍巖穩(wěn)定控制的要求。

4．3 錨固力觀測(cè)結(jié)果分析

兩斷面錨固力觀測(cè)變化曲線見圖8和圖9。

圖8 第一斷面錨固力變化曲線圖

圖9 第二斷面錨固力變化曲線圖

圖8，圖9中Ta表示頂錨桿，Tb、Tc表示幫錨桿，Ts表示頂錨索。從觀測(cè)數(shù)據(jù)所繪制的錨固力變化曲線來看，錨桿、錨索的錨固力在巷道掘進(jìn)初期逐漸增大，但增長的速率較小。在觀測(cè)期間，錨桿、錨索的錨固力也在不斷的波動(dòng)，但是波動(dòng)的幅度不大，波動(dòng)劇烈時(shí)間一般在巷道掘后15天之內(nèi)，這是巷道圍巖與錨桿（索）支護(hù)相互作用，相互協(xié)調(diào)的過程，經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)整后錨固力基本趨于穩(wěn)定值。兩幫錨桿受力大小及變化規(guī)律基本一致，頂板錨桿錨固力較大，這主要是由于懸露的頂板在重力及構(gòu)造應(yīng)力的作用下活動(dòng)性更強(qiáng)，產(chǎn)生較大下沉，致使錨桿受力較大。從錨索的錨固力大小來看，其錨固力大小遠(yuǎn)大于錨桿錨固力，說明錨索控制的巖層范圍較大，承載的覆巖重量較大，對(duì)圍巖的支護(hù)作用更加明顯。目前，錨索的受力大小遠(yuǎn)小于其破斷強(qiáng)度，支護(hù)強(qiáng)度富余，即使巷道受到采動(dòng)影響也可以保證巷道圍巖的穩(wěn)定。

5 結(jié) 論

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)巷道進(jìn)行的表面位移、頂板離層、錨桿（索）動(dòng)態(tài)錨固力的觀測(cè)，確定巷道支護(hù)方案滿足對(duì)圍巖穩(wěn)定的控制作用。巷道礦壓觀測(cè)應(yīng)作為巷道圍巖穩(wěn)定性的日常監(jiān)測(cè)工作，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效生產(chǎn)具有重要意義。研究成果對(duì)類似礦井實(shí)現(xiàn)巷道礦壓監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理具有良好的參考價(jià)值。

［1］ 康紅普，王金華．煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2007：179-205．

［2］ 王雙喜．煤巷錨桿支護(hù)的施工設(shè)計(jì)及礦壓監(jiān)測(cè)［J］．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（24）：286-287．

［3］ 耿獻(xiàn)文．礦山壓力測(cè)控技術(shù)［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002：122-127．

Mine Pressure Monitoring and Data Processing in Bolt Supported Roadways

Xu Lei

Bolting support monitoring is an important means for studying support forms，examining support effect，optimizing support parameters，estimating the stability of roadway and ensuring the security of production．In this paper，bolt support coal roadway was treated as the trial．It was monitored such as roadway surface displacement，roof separation，bolt（cable）dynamic anchoring force．It verified the reasonableness of the support parameters through site monitoring．It provided the reference for support parameters ascertaining in the future．

Bolt；Supporting scheme；Mine pressure monitoring；Roof separation

TD353+．6

A

1672-0652（2013）09-0031-04

2013-06-12

許 蕾（1983—），女，2006年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，工程師，主要從事礦區(qū)平面設(shè)計(jì)與安全方面的工作（E-mail）cyzx0824＠yahoo．com．cn