潘二煤礦12224上順槽礦壓觀測分析

周凱旋

摘 要：通過采集潘二煤礦12224巷道頂底板和兩幫移近量，錨桿錨索載荷，煤體采動附加應力觀測的礦壓數據，明確了巷道超前支承壓力峰值影響范圍，為工作面安全回采提供給了參考。

關鍵詞：礦壓觀測;來壓步距;圍巖變形;超前支撐壓力

采煤工作面是煤礦頂板事故的易發地，在頂板事故中約占70%。統計資料表明[1]，頂板事故約占煤礦事故 40% ～ 50% 。頂板事故與礦山壓力、瓦斯突出、突水、沖擊礦壓等密切關系[2]。為此，探尋礦山壓力規律研究巖層移動對預防頂板事故意義重大。工作面回采過程中需要對其礦壓顯現特征采取一定的觀測、監測措施。專家學者對各種不同類型的回采工作面進行過礦壓觀測分析。例如，林澤江[3] 針對陽煤集團大采深堅硬頂板工作面采用數值模擬技術對其進行了礦壓顯現分析，認為數值模擬技術可以對礦壓顯現規律進行定量分析。但是以上理論都是以理論和現象進行的推測，是通過定性的方法對礦壓現象開展分析，缺乏實際數據的論證和檢驗。并且以前研究的煤礦都屬于煤層較深并且煤層較厚的情況，而潘二煤礦12224工作面的煤層埋深淺，煤層厚度較小，煤柱之間的距離也小，并且是在沿空掘巷這一特殊條件下進行的支護，需要針對其特殊條件獨立分析。

因此本文以潘二煤礦12224工作面為研究背景，利用礦壓檢測數據推演其礦壓顯現規律，以期為現場防沖提供指導。因為我國現在國內近距離煤層開采后，整個回采工作面的圍巖應力發生了重新分布，表現在回采工作面周圍的煤柱產生應力集中，包括在本文主要對巷道周圍超前支承壓力、側向支承壓力、垂直應力及水平應力的測定和分析。為了工作面的安全回采，有必要對回采工作面進行礦壓規律觀測分析，總結其頂板運動、菜場支撐壓力、巷道變形等特征。

一、礦井參數和分析內容

（一）工作面參數

12224工作面是走向長度1458，傾向長度426m。煤層厚度3.27～7.85m，平均5.7m，工作面切眼以南730m范圍內，12224工作面是采用走向長壁后退式采煤方法，采高2.8m，放頂沒高度平均3.3m。，其煤層巖物理力學性質參數如表1.1

二、礦壓觀測內容

（一）觀測站設置

1）頂板離層：在巷道頂板中部安設離層儀，無構造帶區域，巷道每掘進50～80m設置1個測站;構造帶區域，巷道每掘進30～50m設置1個測站。每1測站內設1個淺基點、一個深基點，淺基點位于錨桿錨固端部，深2.5m;深基點超過錨索錨固端部以上300mm，深2.5m。

2）巷道頂底板及兩幫移近量：同頂板離層測站同步設置，并基本上在同一剖面內。巷道表面位移觀測基點要求牢固可靠，基點使用Φ20×1000mm短錨桿，外露長50mm，并用半卷Z2360樹脂藥卷錨固。在巷道底板布置測點時，出露長度以不影響行人和超出軌道面為宜，且頂板點與底板點之間要垂直，錯距不得超過3mm。如果現場實際條件允許，測站頂板及兩幫基點可用已打好的錨桿代替。測點A、B位置應在巷幫中點，C、D位置位于頂底中心，若有管路或風筒影響時，A、B離巷道底板不低于1.3m。

3）錨桿、錨索工作載荷測站：同頂板離層測站同步設置，每個測站設1個頂板錨桿載荷測點、1個錨索載荷測點、兩幫各設1個幫部錨桿載荷測點。

4）煤體應力觀測站共設5個測點，均設在12224上順槽，安裝在煤柱側幫1m、2m、3m、4m和5m位置。

GYW25圍巖應力傳感器由傳感器和變送器組成，二者之間用長度3米的MHYV1×4的通信電纜連接，傳感器采用應變測量技術，測量的是煤體或巖體垂直載荷應力，受應力作用煤體或巖體產生破壞變形，將應力傳遞到應變體上產生變形，應變計將變形量轉換成電壓信號，并由變送器轉換為RS485通訊信號。圍巖應力傳感器2小時自動記錄對應時刻圍巖應力數據，采用圍巖應力采集器定期采集通過數據錄入軟件導入電腦。

三、礦壓觀測結果與分析

（一）頂底板和兩幫移近量

12224上順槽西三段3測站圍巖變形主要發生在掘進初期50天時間內，之后巷道圍巖變形逐漸降低并處于相對穩定狀態，在掘進劇烈影響期間內，該測站巷道頂底板和兩幫移近量分別為510mm和480mm，頂底板和兩幫最大移近速度分別為43mm/d和33mm/d;在150天的觀測時間內，該測站巷道頂底板和兩幫移近量分別為610mm和550mm。

回采期間12224上順槽西三段受工作面超前支承壓力影響范圍為60～80m，劇烈影響范圍為30～40m，在回采期間內，巷道頂底板移近量一般為800～900mm，兩幫移近量一般為700～800mm.

（二） 頂板離層

12224上順槽西三共計設有近9個頂板離層測點，具體如表3-1：

由表3-1可以看出，在觀測期間內，除局部區段頂板淺部離層量達到30mm外，其他測站頂板均離層很小或者沒有發生離層，說明該巷道總體支護狀況良好，錨索網支護有效地控制了頂板淺部及深部巖層離層現象發生，同時也說明該巷道錨索網支護參數設計合理。

（三）錨桿錨索載荷

錨桿與錨索受力監測是錨桿支護巷道礦壓監測的重要內容，通過監測支護體受力大小與分布，可以比較全面地了解錨桿與錨索的工作狀況，判斷錨桿是否發生屈服和破斷，評價巷道圍巖的穩定性與安全性以及錨索網支護設計是否合理。由12224上順槽西三段5測站錨桿錨索載荷變化可以看出：

1）掘進期間上順槽西三段5測站右幫錨桿載荷沒有顯著增加，受力保持不變，基本上是維持在初始預緊力狀態下工作，頂板錨桿錨索及左幫錨桿巷幫錨桿載荷緩慢增加，穩定后的工作載荷為12Mpa、18Mpa和6Mpa，說明在采空區狀態下錨桿及錨索受力較小，巷道基本上處于卸壓狀態。

（四）煤體采動附加應力觀測

為了掌握近距離采空區下沿空掘巷煤柱應力的分布規律，我們在12224上順槽靠煤柱側幫設有5組煤體采動附加應力觀測鉆孔。掘巷期間12224上順槽不同時段煤柱應力沿煤柱寬度方向變化，表3-2為各鉆孔煤柱應力增量變化一覽表，由上述圖表可以看出：

掘巷期間，12224上順槽順槽1m、2m、3m、4m及5m各鉆孔煤柱應力最大增幅分別為0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa和0.9MPa，應力集中系數分別為1.25、1.45、1.8、1.92及1.82，其應力峰值位于煤柱側幫4.0m位置。

四、結? 語

開展了近距離采空區下大斷面沿空掘巷頂板離層、煤柱應力與巷道圍巖位移、錨桿錨索受力為核心內容的礦壓觀測工作，獲得了如下結論：

1）掘進期間，12224上順槽西三段巷道頂底板和兩幫移近量分別為610mm和550mm，頂底板和兩幫最大移近速度分別為43mm/d和33mm/d;

2）回采期間12224上順槽西三段受工作面超前支承壓力影響范圍為60～80m，劇烈影響范圍為30～40m，在回采期間內，巷道頂底板移近量一般為800～900mm，兩幫移近量一般為700～800mm，尤其在工作面前方10 m位置最為劇烈。 因此要重點抓好該區域段的超前支護，保證礦井安全回采。

3）掘進期間上順槽西三段5測站右幫錨桿載荷沒有顯著增加，受力保持不變，基本上是維持在初始預緊力狀態下工作，頂板錨桿錨索及左幫錨桿巷幫錨桿載荷緩慢增加，穩定后的工作載荷為12Mpa、18Mpa和6Mpa，說明在采空區狀態下錨桿及錨索受力較小，巷道基本上處于卸壓狀態。

4）上順槽西二段4測站在掘進初期頂板及巷幫錨桿錨索載荷均呈現增長趨勢，30～40天后錨桿錨索載荷基本上就達到穩定，頂板錨桿和錨索穩定后的工作載荷分別為32Mpa和35Mpa，巷幫錨桿穩定后的工作載荷為8Mpa，說明在上覆工作面階段煤柱下方錨桿及錨索受力差別較大。

5）掘巷期間，12224上順槽位于12125采空區下方的西三段煤柱幫1m、2m、3m、4m及5m各鉆孔煤柱應力最大增幅分別為0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa和0.9MPa，應力集中系數分別為1.25、1.45、1.8、1.92及1.82，其應力峰值位于煤柱側幫4.0m位置，所以要設置適合大小的煤柱。

參考文獻：

[1]張立輝.淺埋深易自燃煤層超大面積采空區綜采工作面低氧防治技術[J].中國煤炭，2014，40（S1）：73-77.

[2]王云飛.均壓通風解決采空區漏風的技術研究[J].陜西煤炭，2018，37（01）：35-37.

[3]林澤江.大采高堅硬頂板工作面礦壓顯現規律研究[J].當代化工研究，2019（03）：65-66.