某煤礦運輸順槽圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測研究

孔令根 于輝 牛智勇

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京 100083)

某煤礦運輸順槽圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測研究

孔令根 于輝 牛智勇

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京 100083)

為了研究某煤礦圍巖的穩(wěn)定性,掌握圍巖體變形規(guī)律,對該煤礦SIIS16-7工作面的運輸順槽圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測研究。本文主要通過松動圈測試和深部位移監(jiān)測兩個方面來監(jiān)測圍巖穩(wěn)定性,研究發(fā)現(xiàn),SIIS16-7工作面運輸順槽圍巖變形極其嚴(yán)重,現(xiàn)有回采巷道布置存在較大問題,并分析了其變形和破壞的原因,為其他工作面的開采設(shè)計提供借鑒和依據(jù)。

圍巖穩(wěn)定性 松動圈 深部位移

1 引言

該煤礦可采煤層較多，目前南二采區(qū)的5號煤層至6-6煤層均已開采完畢，正在開采的煤層為6-7煤層，6-7煤層直接頂和直接底均為厚度1.5m左右的泥巖。因此6-7煤層的圍巖受到上部煤層開采的多次采動影響，圍巖的穩(wěn)定性比未受到采動影響時的穩(wěn)定性降低很多，因此6-7煤層的巷道支護(hù)非常困難。

因此，進(jìn)一步分析巷道圍巖的穩(wěn)定性，對巷道松動圈和深部位移進(jìn)行監(jiān)測，及時全面地反映它們的變化情況，分析巷道圍巖變形和破壞的原因，研究巷道圍巖體變形與破裂規(guī)律，并積累現(xiàn)場巷道監(jiān)測的經(jīng)驗，為其他工作面的開采設(shè)計提供借鑒[1]。

2 松動圈測試

2.1 測點布置

松動圈測試地點應(yīng)該根據(jù)礦方的具體地質(zhì)條件和監(jiān)測研究的需要進(jìn)行布置，詳細(xì)的測試掘進(jìn)影響階段、采動影響階段的松動圈測試。鑒于該煤礦井下實際施工情況，將測點布置在SIIS16-7運輸順槽的煤柱幫，第一個測點距工作面120m，第二個測點距工作面130m，第三個測點距工作面150m。

本實驗使用煤炭科學(xué)研究總院生產(chǎn)的PHD-2型多功能超聲波無損檢測分析儀進(jìn)行巷道松動圈測試。本儀器采用單孔測試，超聲波發(fā)射裝置和接受裝置前后串聯(lián)布置，兩裝置間距為250mm。

2.2 測試結(jié)果分析

對以上三個孔的測試結(jié)果分析可知在這三個測試點的松動圈測試結(jié)果分別為2.3m、3m、1m。根據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定性的判定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)巷道松動圈的范圍大于3m時，巷道兩幫屬于極不穩(wěn)定巷幫，巷道支護(hù)極其困難。根據(jù)現(xiàn)場實地觀測巷道圍巖破碎極其嚴(yán)重，在人為觸動情況下巷道煤柱幫的煤體就會發(fā)生較大范圍的片幫。

3 巷道深部位移監(jiān)測

3.1 監(jiān)測目的

巷道兩幫及頂板內(nèi)部相對位移是指圍巖的內(nèi)部多點間的位移量，進(jìn)行深部位移監(jiān)測的目的主要是確定巷道圍巖的松動范圍。由于巷道開挖后頂板圍巖應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)移、集中，層狀頂板下位巖層變形后容易發(fā)生離層破壞，產(chǎn)生事故隱患，頂板不同深度圍巖位移監(jiān)測可以掌握離層破壞區(qū)域等情況。兩幫不同深度圍巖位移監(jiān)測可以掌握兩幫圍巖松動圈變化、形成過程和形態(tài)特征，了解兩幫煤體的塑性區(qū)分布。深基點巷道位移監(jiān)測采用中國礦業(yè)大學(xué)(北京)自行設(shè)計的四基點數(shù)顯深基點位移計。

根據(jù)該煤礦的工程地質(zhì)條件和試驗研究的需要，只在SIIS16-7工作面運輸順槽煤柱幫適宜的地點進(jìn)行巷道圍巖深部位移觀測。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在SIIS16-7工作面運輸順槽1測點位置，煤柱幫在0～1m范圍內(nèi)發(fā)生位移量為117.9mm，在1～2.5m范圍內(nèi)發(fā)生位移量為75mm，在2.5～4.0m范圍內(nèi)發(fā)生的位移量58.8mm。在觀測期間，鉆孔總的位移量為251.7mm。在SIIS16-7工作面運輸順槽2測點位置，煤柱幫在0～1.5m范圍內(nèi)發(fā)生位移量為165.4mm，在1.5～3m范圍內(nèi)發(fā)生位移量為78.5mm。在觀測期間，鉆孔總的位移量為243.9mm。在SIIS16-7工作面運輸順槽3測點位置，煤柱幫在0～1m范圍內(nèi)發(fā)生位移量為158.4mm，在1～2.5m范圍內(nèi)發(fā)生位移量為71.7mm，在2.5～4.0m范圍內(nèi)發(fā)生的位移量31.2mm。在觀測期間，鉆孔總的位移量為261.3mm。

通過對該煤礦SIIS16-7工作面煤柱幫進(jìn)行深部位移監(jiān)測，可得出以下結(jié)論：

SIIS16-7工作面運輸順槽在回采引起的超前支承壓力未影響到時，由于圍巖穩(wěn)定性頂本身較低，依然產(chǎn)生了較大位移如1號測點在20天的觀測周期內(nèi)發(fā)生了40mm的變形量，平均變形速率為2mm/d，由于此時未受到巷道回采影響可以認(rèn)為巷道從掘進(jìn)完成后，巷道圍巖就一直未完全進(jìn)入變形穩(wěn)定階段，巷道持續(xù)進(jìn)行變形。在現(xiàn)場調(diào)研過程中得知巷道從掘進(jìn)完成后至回采開始已經(jīng)進(jìn)行了3次大規(guī)模返修，在受到采動影響后巷道變形量更大。

4 結(jié)語

通過對該煤礦SIIS16-7工作面的運輸順槽圍巖穩(wěn)定性的變形監(jiān)測研究，可得出以下結(jié)論：

(1)工作面運輸順槽圍巖變形極其嚴(yán)重，部分巷道煤柱幫的破壞范圍非常大。(2)巷道圍巖變形量和松動圈范圍大一方面是由于巷道距離上部6-6煤層遺留煤柱的距離較近，受到上部煤柱集中壓力的影響;另一方面時由于6-6煤層與6-7煤層的層間距太小，導(dǎo)致6-7煤層的圍巖受到6-6煤層開采工作的嚴(yán)重影響，雖然6-6煤層開采后6-7煤層的工作面處于采空區(qū)下方，但是6-7煤層的煤巖體已經(jīng)受到了破壞，圍巖完整性低。同時由于巷道采用垂直式布置方式巷道的煤柱幫受采動影響相較于內(nèi)錯式布置的影響嚴(yán)重。(3)積累了現(xiàn)場巷道的監(jiān)測經(jīng)驗，為探究6-7煤層內(nèi)和其他采區(qū)的回采巷道布置提供了依據(jù)和借鑒。

[1]路世豹,李曉,馬建青,等.金川二礦區(qū)地下巷道變形監(jiān)測分析及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2004,(3)：488-492.

[2]霍志芳,谷拴成,韓慶達(dá).巷道圍巖松動圈測試的研究[J].西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1994,(1)：18-21.

[3]董方庭,宋宏偉,郭志宏等.巷道圍巖松動圈支護(hù)理論[J].煤炭學(xué)報,1994,19(1)：21-31.

[4]霍志芳,谷拴成,韓慶達(dá).巷道圍巖松動圈測試技術(shù)的研究[J].西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1994,(1).