近距離煤層下層煤支護應用與監測

常獻軍

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近距離煤層下層煤支護應用與監測

常獻軍

(南煤集團有限公司，山西 陽泉市 045000)

近距離煤層由于其煤層間距小，導致諸多巷道布置及支護問題。采用現場監測的方法，對下煤層3個典型位置處巷道的工程監測結果進行對比分析，結果表明：錨桿受力變化范圍10~60 kN左右，均值約為35 kN左右，錨桿的預緊力和工作載荷總體偏低。因此應加強施工質量管理，提高錨桿安裝質量，增強錨桿錨固力。

近距離煤層；現場監測；支護優化

近距離煤層由于其煤層間距小，導致諸多巷道布置及支護問題。本文以爐峪口煤礦8#與9#近距離煤層為研究背景，采用現場監測的方法，對3個典型位置處巷道的工程監測結果進行對比分析，對比監測結果為這3個典型位置處的巷道提供具有針對性的支護優化手段。

1 錨桿工作載荷監測結果

南莊礦8#煤層與9#煤層為極近距離煤層，煤層平均間距為7.5 m。工作面9#煤層結構較為簡單，煤層平均厚度為1.48 m。煤層比較穩定，有0~3層夾矸，頂板多為砂質泥巖，底板以泥巖為主，為全區穩定的可采煤層。巷道采用矩形斷面，凈斷面寬為4 m，凈高2.8 m，凈斷面面積為11.2 m2。

南莊礦在煤層下行開采過程中，9#煤層由于受到上覆8#煤層回采結束所形成的采空區煤柱的影響，在 8#煤層采空區不同位置形成了3個典型而又有代表性的巷道：采空區下方，采空區煤柱下方，8#煤回采影響的實體煤下方。由于位于不同位置，巷道在掘進之后，圍巖中的應力分布狀況不同，所以有必要分別采用相應的支護方案。

3個典型位置處巷道的工程監測結果如圖1所示。

由圖1可知，位于采空區下方的巷道中的錨桿，其工作載荷在整個監測過程中幾乎不出現波動，基本維持在安裝時的水平；位于采空區煤壁下方巷道中的錨桿，其工作載荷在整個監測過程中均不斷增大，直至監測結束仍有上升的趨勢；位于實體煤下方的巷道中的錨桿，其工作載荷在監測初期出現了較大幅度的增長，但在監測過程的中后期基本維持不變。

以上監測結果表明，采空區下方圍巖中的應力由于得到了上覆采空區的釋放，巷道中錨桿工作載荷較小，在錨桿的整個工作過程中，巷道幾乎無變形，錨桿工作載荷不出現增長，巷道易于支護；采空區煤壁下方的巷道因為受到上覆煤柱產生的應力升高區域的作用，巷道圍巖中的應力產生了強烈的集中現象，巷道圍巖的變形較大，導致錨桿工作載荷持續增長，巷道難于支護；實體煤下方的巷道在剛開挖時，由于圍巖中應力的釋放，導致監測初期產生一定的變形，后期隨著應力的釋放完成，巷道變形逐漸穩定下來，表現在錨桿工作載荷在監測前期出現一定的增長，后期穩定下來，巷道不受上覆煤柱產生的應力升高區域的影響，巷道也較易于支護。

圖1 3個典型位置處巷道錨桿工作載荷時間曲線對比

從南莊礦錨桿工作載荷監測結果總體來看，錨桿受力變化范圍為10~60 kN左右，均值約為35 kN左右。監測結果說明，錨桿的預緊力和工作載荷總體偏低。預緊力偏低往往是由于錨桿安裝初期沒有足夠的預應力，因此應加強施工質量管理，提高錨桿安裝質量；錨桿工作載荷偏低除巷道圍巖應力較小外，與錨桿的錨固質量有直接關系，因此應重視提高錨桿錨固力，如錨固劑質量、錨固長度以及錨桿攪拌安裝質量等。

2 錨索工作載荷監測結果

錨索工作載荷監測結果如圖2所示。

圖2 3個典型位置處巷道錨索工作載荷時間曲線對比

由圖2可知，位于采空區下方的巷道中的錨索，其工作載荷在整個監測過程中幾乎不出現波動，基本維持在安裝時的水平，峰值為88 kN；位于采空區煤壁下方巷道中的錨索,其工作載荷在整個監測過程中都不斷增大，直至監測結束后仍有增大的趨勢，峰值達到了199.75 kN；位于實體煤下方的巷道中的錨索，其工作載荷在監測初期出現了較大幅度的增長，但在監測過程的后期趨于平緩，峰值為192.36 kN。

以上監測結果表明，采空區下方圍巖中的應力由于得到了上覆采空區的釋放，巷道中錨索的工作載荷較小，在錨索的整個工作過程中，巷道頂板下沉量較小，錨索工作載荷幾乎不出現增長；采空區煤壁下方的巷道因為受上覆煤柱產生的應力升高區域的作用，巷道圍巖產生劇烈的應力集中現象，巷道頂板下沉量較大，錨索工作載荷持續增長，巷道難于支護，直到監測結束時工作載荷依然呈上升趨勢；實體煤下方的巷道不受上覆煤柱產生的應力升高區域的影響，在巷道剛開挖時，由于圍巖中應力的釋放，導致監測初期產生一定的變形，后期隨著應力的釋放完成，巷道變形逐漸穩定下來，表現在錨索工作載荷在監測前期出現一定的增長，后期穩定下來。3條巷道中錨索的工作載荷峰值為199.75 kN，表明巷道中錨索的工作載荷較大，需加強巷道中錨索的支護強度，同時增大錨索直徑，增大支護體系的安全系數及可靠性。

從南莊礦巷道頂板錨索工作載荷總體監測結果來看，所受監測的錨索預應力均值最大為102.79 kN左右，最小為40 kN左右，錨索平均預應力為70 kN左右。錨索的最大工作載荷為200 kN左右，錨索平均工作載荷為150 kN左右。頂板所用Φ17.8 mm錨索預應力應達到95~119.2 kN。而南莊礦9#煤層3條大巷中頂板錨索平均預應力僅為70 kN左右，僅能達到屈服載荷的29.4%，從而影響錨索的整體錨固作用。分析錨索預應力偏低的原因，主要是由于錨索安裝時張拉設備或張拉工藝存在問題，應確保錨索預應力達到95~119.2 kN。

3 結 論

以爐峪口煤礦8#、9#近距離煤層為研究背景，利用現場監測的方法，對3個典型位置處巷道的工程監測結果進行對比分析。主要結論如下：

(1) 錨桿受力變化范圍為10~60 kN左右，均值為35 kN左右，錨桿的預緊力和工作載荷總體偏低。因此應加強施工質量管理，提高錨桿安裝質量，增強錨桿錨固力。

(2) 由南莊礦巷道頂板錨索工作載荷總體監測結果可知，所受監測的錨索預應力均值最大為102.79 kN左右，最小為40 kN左右，錨索平均預應力為70 kN左右，僅能達到屈服載荷的29.4%，從而影響錨索的整體錨固作用，應確保錨索預應力達到95~119.2 kN。

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(2018?07?29)

常獻軍(1982—)，男，山西左權人，助理工程師，主要從事采礦工程研究與生產，Email:253181114@qq.com。