綜采工作面回風順槽切頂卸壓礦壓監測分析

宋建軍

(1.山西煤炭運銷集團陽泉有限公司，山西 陽泉 045000；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006)

聚能爆破切頂卸壓是巷道支護技術的一項重大改革。該技術已在很多礦井應用成功，具有減少巷道維修量、降低掘進率及生產成本的優點，是未來礦井發展所需的一項重要技術[1-4]。本次進行切頂卸壓實驗后，對巷道礦壓監測數據進行分析研究，對聚能爆破切頂卸壓的效果進行驗證。

1 概況

9107工作面井下位于井田南部，北部為9108工作面，東部為采區回風大巷，西部為礦界保護煤柱。地表地形屬丘陵階地，地面標高1 271 m～1 290 m。井下工作面標高為1 105 m～1 120 m之間，9107工作面煤層埋藏深度為166 m～170 m，該工作面煤層平均厚度3.4 m，煤層傾角平均6°。

9107工作面推進長360 m，工作面切眼傾斜長152 m，回采面積54 720 m2，布置有進風順槽、回風順槽、開切眼三條巷道。地面無公路、耕地、房屋等建構筑物及其它設施。9107進風順槽斷面尺寸為寬4.5 m，高3.15 m，凈斷面積14.175 m2；9107回風順槽斷面尺寸為寬4.5 m，高3.15 m，掘進斷面積14.175 m2；兩順槽均采用W型鋼帶+金屬網+錨桿+錨索聯合支護。

本煤礦工作面區段保護煤柱留設20 m以上，但順槽在遇到采動影響時，鄰近工作面開采時側向支承壓力和現采工作面超前支承壓力在區段保護煤柱上方及其周圍出現疊加引起應力集中，從而使得區段保護煤柱及其順槽巷發生變形、幫鼓、底鼓等現象，增加了巷道維護難度。為解決此類問題，在9107綜采工作面回風順槽實施爆破切頂卸壓，以解決9107回風順槽及相鄰9108工作面進風順槽的動壓影響。

通過切頂卸壓對工作面靠近護巷煤柱側頂板提前預裂，將懸臂梁切落，以減小懸臂梁上覆荷載及回轉變形力，從而切斷或大大減小巖梁傳遞到護巷煤柱和預留巷道內的荷載，實驗的效果通過對兩個順槽進行礦壓監測進行驗證。

本次礦壓監測的內容包括9107回風順槽、9108進風順槽頂板離層、頂底板移近量、支護載荷觀測分析、兩順槽間煤柱內應力分布情況。

2 巷道礦壓監測方案

9107回風順槽和9108進風順槽長度均為330 m，分別從巷道開口起，布置測站并編號。9107回風順槽和9108進風順槽各布置3組錨桿(索)應力測站，每組布置4套錨桿應力計，頂板2套，兩幫各1套；2套錨索應力計，以觀測錨桿、錨索受力狀態。

圖1為測站布置示意圖，9107回風順槽200 m處和9108進風順槽300 m處各布置一組煤柱應力計，孔深分別為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，以觀測煤柱內應力分布情況。

圖1 測站布置示意圖

觀測系統采用KJ504煤礦頂板在線監測系統，在9108工作面進風順槽口布置1臺礦用分站，錨桿錨索支護載荷和煤柱內應力變化監測共用1臺分站，每兩個小時上傳一次數據，每周進行一次數據拷貝。

3 礦壓數據分析

從圖2中可以看出，9107回風順槽100 m處綜合測站內，錨桿(索)應力計安裝后的初始應力值均變化不大。第一階段從2018年1月23日至6月23日，呈極緩慢上升態勢，測站內煤柱幫幫錨桿應力為17 kN～24 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力為11 kN～13 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到22 kN～28 kN；靠回采幫頂錨索應力達到17 kN～24 kN；靠回采幫頂錨桿應力為7 N～10 N；回采幫錨桿應力達到5 kN～7 kN。第二階段自2018年6月24日開始至7月16日，當工作面推進至回風順槽200 m時，測站斷面內錨桿、錨索的應力開始上升，至7月16日，工作面回采至回風順槽145 m處時，煤柱側幫錨桿應力達到43 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力達到20 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到39 kN；靠回采幫頂錨索應力達到31 kN；靠回采幫頂錨桿應力達到20 kN；回采幫錨桿應力達到9 kN。

圖2 9107工作面回風順槽100 m處測站監測曲線

從圖3中可以看出，第一階段從2018年1月23日至6月15日，呈極緩慢上升態勢，測站內煤柱幫幫錨桿應力為20 kN～25 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力為4 kN～5 kN；靠煤柱幫頂錨索應力為34 kN～38 kN；靠回采幫頂錨索應力達到19 kN左右；靠回采幫頂錨桿應力為4 kN～8 kN；回采幫錨桿應力達到2 kN～5 kN。第二階段自2018年6月16日開始至6月24日，當工作面推進至回風順槽235 m時，測站斷面內錨桿、錨索的應力開始上升，至6月24日，煤柱側幫錨桿應力達到42 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力達到4 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到42 kN；靠回采幫頂錨索應力由18 kN降低至10 kN；靠回采幫頂錨桿應力達到10 kN；回采幫錨桿應力達到17 kN。

從圖4中可以看出，第一階段從2018年1月23日至4月10日，呈極緩慢上升態勢，測站內煤柱幫幫錨桿應力為12 kN～16 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力為12 kN～16 kN；靠煤柱幫頂錨索應力為34 kN～38 kN；靠回采幫頂錨索應力為31 kN～34 kN；靠回采幫頂錨桿應力為9 kN～11 kN；回采幫錨桿應力達到12 kN～16 kN。第二階段自2018年4月11日開始至5月24日，當工作面推進至回風順槽285 m時，測站斷面內錨桿、錨索的應力開始上升，至5月24日，煤柱側幫錨桿應力達到24 kN；靠煤柱幫頂錨桿應力達到34 kN；靠煤柱幫頂錨索應力達到50 kN；靠回采幫頂錨索應力達到50 kN；靠回采幫頂錨桿應力達到11 kN；回采幫錨桿應力達到16 kN。

圖3 9107工作面回風順槽200 m處測站監測曲線

圖4 9107工作面回風順槽300 m處測站監測曲線

從第123頁圖5中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，呈極緩慢上升態勢，測站內煤柱幫幫錨索應力為8 kN～13 kN，近煤柱幫頂錨索應力為9 kN～14 kN，遠煤柱幫頂錨索應力為48 kN～50 kN，遠回采幫頂錨索應力為12 kN～16 kN，近回采幫頂錨索應力為11 kN～14 kN，回采幫錨桿應力達到4 kN～9 kN。

從第123頁圖6中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，呈極緩慢上升態勢，測站內煤柱幫幫錨索從1月23日至6月8日應力為76 kN～82 kN，但是6月9日9107工作面回采至回風順槽250 m處時，應力開始顯著增大，至6月24日達到108 kN；近煤柱幫頂錨索應力為60 kN～67 kN；遠煤柱幫頂錨索應力為54 kN～60 kN；遠回采幫頂錨索應力為62 kN～70 kN；近回采幫頂錨索應力為52 kN～61 kN；回采幫錨桿應力達到7 kN～15 kN。

圖5 9108工作面進風順槽100 m處測站監測曲線

圖6 9108工作面進風順槽200 m處測站監測曲線

從圖7中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，呈極緩慢上升態勢，測站內煤柱幫幫錨索從1月23日至5月24日應力為30 kN～43 kN，但是5月24日9107工作面回采至回風順槽270 m處時，應力開始顯著增大，至6月24日達到205 kN；近煤柱幫頂錨索應力為31 kN～55 kN；遠煤柱幫頂錨索應力為45 kN～70 kN；遠回采幫頂錨索應力為44 kN～61 kN；近回采幫頂錨索應力為55 kN～65 kN；回采幫錨桿應力達到4 kN～74 kN。

從圖8中可以看出，從2018年1月23日至6月24日，測站區域煤柱內2 m、4 m、8 m、10 m處煤柱應力變化不大，數值增長幅度在0.1 MPa～0.3 MPa左右；6 m處煤柱應力在6月19日，9107工作面回采至回風順槽225 m處，數據開始出現增長，至6月24日，9107工作面回采至回風順槽200 m處，達到9.3 MPa。

由圖9可知，從2018年1月23日至6月24日，測站區域煤柱內2 m、6 m、8 m處煤柱應力變化不大，數值增長幅度在0.1 MPa～0.2 MPa左右；4 m處煤柱應力在1月26日，9107工作面回采至回風順槽300 m處，數據開始出現增長，至6月8日，9107工作面回采至回風順槽250 m處，達到1.3 MPa；至6月23日，9107工作面回采至回風順槽200 m處，降低至1 MPa，趨于穩定狀態。10 m處煤柱應力在4月10日，9107工作面回風順槽285 m處，數據開始出現增長，至5月30日，9107工作面回采回風順槽265 m處，達到4.4 MPa；至6月8日，9107工作面回采回風順槽255 m處，降低到2.5 MPa；至6月10日，9107工作面回風順槽245 m處，又升高至7.1 MPa，至6月23日，應力呈逐漸下降趨勢，降低至2.5 MPa。

圖7 9108工作面進風順槽300 m處測站監測曲線

圖8 9107工作面回風順槽200 m處煤柱應力監測曲線

圖9 9108工作面進風順槽300 m處煤柱應力監測曲線

4 結論

1) 根據錨桿(索)受力載荷變化情況可知，9107綜采工作面回風順槽掘進期間安裝錨桿、錨索的預應力較小，受采動影響超前回采工作面35 m即有明顯應力增長。

2) 因9107工作面采用了爆破切頂卸壓工藝，9108工作面進風順槽頂錨索、回幫錨桿受采動影響后，錨索、錨桿的受力變化不大，頂錨索的受力增長幅度較小，受動壓影響不明顯；但煤柱幫的錨索受力變化比較明顯，在9108進風順槽200 m處，煤柱幫錨索受力最大達到250 kN，因此，煤柱幫受動壓影響較明顯。

3) 9107、9108工作面之間留設有25 m的保安煤柱，從煤柱應力監測數據可知，煤柱內受采動影響應力變化穩定，煤柱內9108進風順槽側內10 m處左右為應力最高區域，受采動影響后最大值為7.1 MPa，最小值為2.5 MPa。

4) 采用爆破切頂卸壓工藝后，綜合分析9107回風順槽、9108進風順槽錨桿錨索受力載荷和煤柱應力變化數據，建議在今后的工作面布置時，可將煤柱適當縮小。