司馬煤礦錨網(wǎng)支護(hù)巷道的礦壓監(jiān)測與受力分析

李曉鵬，梁翱翔

(1．山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西長治 046000;2．中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州 221000)

0 引言

隨著時代的發(fā)展，煤炭行業(yè)越來越注重綠色安全開采，為降低成本減少巖巷數(shù)量，煤礦普遍推廣使用煤層巷道。康紅普等學(xué)者結(jié)合煤巷工程特點開展了錨桿支護(hù)作用機(jī)理分析，并經(jīng)過大量的現(xiàn)場工程試驗，基本形成了我國煤巷高強度錨桿支護(hù)理論與成套體系［1-2］。錨網(wǎng)支護(hù)體系也被越來越多的煤礦推廣應(yīng)用，滿足了安全生產(chǎn)的需要。目前潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)1208工作面平均采高6．3 m，采用綜采放頂煤開采工藝，回采過程中礦壓顯現(xiàn)比較強烈。通過對司馬煤礦1208工作面回風(fēng)順槽巷道表面變形、錨桿受力、錨索受力等礦壓監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析［3-4］，總結(jié)出錨桿(索)的實際工程特性及與圍巖變形的關(guān)系，掌握了巷道圍巖動態(tài)變化狀況，確定了錨桿(索)的合理支護(hù)參數(shù)［5-6］。

1 工作面回風(fēng)順槽概況

本次監(jiān)測地點為司馬煤礦1208回風(fēng)順槽，巷道規(guī)格為(寬×高)5 m×3．2 m，該工作面開采煤層屬下二疊統(tǒng)山西組下部的3號煤層，煤層賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)較簡單，煤質(zhì)為貧瘦煤，煤層平均厚度6．39 m，煤層傾角0°～9°，平均3°。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

1208工作面回風(fēng)巷兩幫每排布置4根MSGLW-500/22×2 000錨桿，頂板布置6根MSGLW-500/22×2 400錨桿，錨桿間、排距900 mm×900 mm。三防門以北巷道垂直巷道走向打設(shè)五花錨索，即:第一排打設(shè)兩根單體錨索，其間排距為1 800 mm×3 600 mm;隔一排打設(shè)3根單體錨索，其間排距為1 800 mm×3 600 mm，再隔一排打設(shè)兩根單體錨索，依次循環(huán)。三防門以南巷道垂直巷道走向打設(shè)雙單體錨索，其間排距為1 800 mm×1 800 mm。錨索規(guī)格為SKL22-1/1770-7300 mm，單體錨索配套使用300 mm×300 mm×16 mm的拱形鋼托盤，拱高不小于60 mm。1208回風(fēng)順槽靠1207運巷側(cè)巷幫打設(shè)單體錨索，錨索規(guī)格為 MS-Ф22-1/1770-4300 mm，錨索排距為1 800 mm，配套使用300 mm×300 mm×16 mm的拱形鋼托盤。該巷道斷面支護(hù)示意圖如圖1所示。

2 礦壓監(jiān)測內(nèi)容和方法

2．1 礦壓綜合監(jiān)測項目

圖1 1208回風(fēng)順槽斷面圖

在1208風(fēng)巷設(shè)置1組巷道表面位移觀測點、1組錨桿(索)受力觀測點［7］、監(jiān)測內(nèi)容、目的及手段見表2。

表2 監(jiān)測內(nèi)容、目的及手段

2．2 礦壓綜合監(jiān)測方法

巷道表面位移:采用十字布點法監(jiān)測［8］，如圖2所示。施工步驟為:①在A、B、C、D四處測點安設(shè)短錨桿，安裝方法同普通錨桿;②在A、B點固定專業(yè)測繩，C、D點固定專業(yè)鋼卷尺，測量OB、OA值;③在C、D點固定專業(yè)測繩，A、B點固定專業(yè)鋼卷尺，測量OD、OC值。測量數(shù)據(jù)的精度為0．1 mm。

圖2 表面位移測站布置示意圖

錨桿工作阻力觀測:采用MC-200型油壓式錨桿測力計，量程40 MPa，與巷道表面收斂測站布置在同一斷面(在距離回采工作面100 m的巷道斷面內(nèi)布置表面位移測站)，如圖3所示。錨桿測力計全斷面布置，錨桿測力計為7塊并進(jìn)行編號標(biāo)記。初始壓力一般不得低于5 MPa［9-10］。

圖3 錨桿受力測站布置示意圖

錨索工作阻力觀測:采用MC-200型油壓式錨索測力計，量程60 MPa，如圖4所示，錨索測力計全斷面布置，錨索測力計為3塊并進(jìn)行編號標(biāo)記，初始給定壓力不得低于24 MPa。

圖4 錨索受力測站布置示意圖

在測站布置完成后，工作面推進(jìn)至測站100 m范圍內(nèi)時，所有測站每星期觀測3次，隨著工作面不斷推進(jìn)直至儀器讀數(shù)開始較明顯變化時，往后每天觀測1次。

3 檢測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3．1 巷道表面位移

巷道表面位移曲線如圖5所示。

由圖5可知，觀測21天，測站處頂?shù)装遄畲罄鄯e移近量為169 mm，兩幫最大累積移近量為383 mm;觀測16天之內(nèi)，巷道圍巖變形基本趨于穩(wěn)定。頂?shù)装遄畲笠平俾蕿?69 mm/d，兩幫最大移近速率383 mm/d，均出現(xiàn)在測站布設(shè)后第21天，后期圍巖移近速率較大。測站處圍巖移近量整體不大，屬回采期間圍巖應(yīng)力重新分布、變形正常釋放過程。

圖5 測站巷道表面位移變化曲線

3．2 錨桿受力分析

錨桿受力變化曲線如圖6所示。

圖6 錨桿受力變化曲線

從圖6可知，測站布置在頂板處的3#和4#錨桿受力在第11天之后逐漸減小，最終降為0 kN，布置在頂板處的2#錨桿受力情況變化不大，實體煤幫的5#和6#錨桿受力變化也不是很大，推測導(dǎo)致其數(shù)據(jù)變化的原因是3#和4#錨桿所在區(qū)域的煤巖體發(fā)生了塑性變形，在工作面推進(jìn)過程中的頂板來壓不能作用到錨桿上，故錨桿壓力表上的讀數(shù)逐漸降為0 kN。其他5個錨桿受力最大達(dá)140 kN，最小的是32．5 kN。兩幫錨桿受力較頂板大，兩幫錨桿最大受力為140 kN，頂板錨桿最大受力為32．5 kNa;測力計(液壓枕)安裝后前11天變化不明顯，之后變化量逐漸變大。錨桿最大受力超過其桿體屈服載荷，達(dá)到其桿體拉斷載荷的90．9%，且有一定的富余量，充分發(fā)揮了錨桿的高強支護(hù)作用，滿足安全生產(chǎn)要求，因此錨桿的參數(shù)選擇科學(xué)、合理。

3．3 錨索受力分析

錨索測力計受力變化曲線如圖7所示。

圖7 錨索受力變化曲線

從圖7可知，錨索受力最大達(dá)461．5 kN，最小為390 kN，距離工作面100～70 m時，錨索受力比較穩(wěn)定，波動不大，偶爾有波動可能是周期來壓，屬于正常情況;距離工作面70～50 m時，錨索受力略有增加;距離工作面50～40 m時，屬超前應(yīng)力影響區(qū)，錨索受力大幅增加;距離工作面40 m以內(nèi)時，屬超前應(yīng)力劇烈影響區(qū)，錨索受力增加顯著。錨索最大受力為其拉斷載荷的94．1%，且有一定的富余量，充分發(fā)揮了錨索的高強支護(hù)作用，滿足安全生產(chǎn)要求，因此錨索的參數(shù)選擇科學(xué)、合理。

4 結(jié)語

通過監(jiān)測巷道礦壓，發(fā)現(xiàn)巷道頂板及兩幫變形較小，圍巖穩(wěn)定，表明該錨網(wǎng)支護(hù)體系起到了很好的支護(hù)效果。錨桿最大受力超過其桿體屈服載荷，達(dá)到其桿體拉斷載荷的90．9%，錨索最大受力為其拉斷載荷的94．1%，錨桿(索)受力均有一定的富余量，充分發(fā)揮了錨桿(索)的高強支護(hù)作用，滿足安全生產(chǎn)要求，表明該支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)科學(xué)、合理。