13501 軌道順槽頂板離層影響因素分析

吳義泉 王 龍

（皖北煤電集團朱集西分公司朱集西煤礦，安徽 淮南 232097）

朱集西煤礦位于安徽省淮南市潘集區賀疃鄉境內，位于淮南煤田北部，處于朱集～唐集背斜東段的南翼。煤礦設計水平標高為-860m 和-962m，部分巷道實際深度已超過1000m。13501 軌道順槽為典型的深井高應力巷道。

深部開采與淺部開采的明顯區別在于深部巷道圍巖所處的“三高一擾動”的特殊復雜力學環境，即高地應力、高地溫、高巖溶水壓以及采掘擾動[1]。巷道頂板圍巖的穩定直接關系到礦井的安全高效生產。為了有效防止頂板事故的出現，必須采取合理的措施保障采掘工作面頂板的穩定性。因此在礦山開采過程中，應嚴格按照國家規定做好頂板穩定性測試工作，做好頂板支護工作，定期檢查，保證頂板支護結構的可靠性[2]。針對朱集西煤礦13501 軌道順槽掘進初期頂板離層量大、頂板破碎嚴重等圍巖大變形問題，為了更有效地控制深井巷道頂板圍巖變形，確保掘進作業安全，開展了系統的頂板離層觀測，并在此基礎上系統地分析圍巖應力[3]、掘進、錨網支護參數對頂板離層的影響。

1 巷道地質采礦條件

1.1 鄰近區域采掘情況

13501 工作面為礦井13-1 煤五采區首采工作面，工作面北起13-1 煤大巷保護煤柱線，南至井田邊界，東至13-1 煤五采區邊界。下伏11501 工作面頂板距上石盒子組13-1 煤底板66～74m，平均間距約70m，煤層結構簡單。11501 工作面2016 年7 月16日回采結束。13501 軌道順槽與11501 工作面相對位置如圖1 所示。

圖1 13501 軌道順槽與11501 工作面相對位置圖

1.2 煤層情況及支護方案

13501 工作面13-1 煤層全部可采，煤層賦存情況穩定。13-1 煤位于上石盒子組中下部，頂板距上石盒子組16-2 煤底板82.6～109.4m，平均間距91.4m，底板距11-2 煤頂板63.6～84.4m，平均間距73.2m。工作面煤厚3.29～5.31m，平均煤厚3.86m。工作面內13-1 煤局部含一層0.4m 泥巖夾矸，結構簡單。

13501 工作面軌道順槽斷面為矩形，采用錨網索支護。巷道頂部采用Φ22×2800mm 左旋無縱筋高強螺紋鋼錨桿，錨桿預緊力矩為300N?m，錨桿錨固力為120kN，錨桿間排距800×800mm，配合鋼筋梯子梁支護。巷道幫部采用Φ22×2800mm左旋無縱筋高強螺紋鋼錨桿，錨桿間排距750×800mm，配合鋼筋梯子梁支護。巷道頂部錨索采用SKP22–1/1860 型1×19 股高強錨索，規格為Φ22×6300～8300mm，錨索預緊力為150kN。錨索按五花眼布置，一排5 根、下一排4 根交替布置。5 根錨索斷面的錨索間排距為1000×1600mm，錨索長度為6300mm；4 根錨索斷面的錨索間排距為1200×1600mm，錨索長度為8300mm。巷道 幫 部 錨 索 采 用SKP22–1/1860 型1×19 股 高 強錨索，規格為Φ22×5000mm，錨索間排距為1500×1600mm。錨索按五花眼布置，一排2 根、下一排1 根交替布置。頂板、幫部錨索配合M5 鋼帶支護，每根錨索采用1 支K2850、2 支Z2850 型樹脂錨固劑。

2 巷道頂板離層監測

頂板離層指示儀安設在巷道中部，煤巷錨桿支護巷道每隔50m 對巷道頂板進行離層量監測。頂板離層儀安裝滯后迎頭不大于10m，地質構造帶、三四岔門處（包括巷道連接處及寬度超過3m 的硐室）等特殊地段必須進行監測，并現場掛牌管理，牌板內容包括巷道名稱、編號、安裝日期、深淺基點位置、初始讀數、觀測日期、觀測讀數、深淺部離層量、觀測人員等內容。頂板離層儀由施工單位技術員現場安裝固定。頂板離層儀安裝時初始讀數大于或等于0mm，日常觀測過程中若發現深部離層值小于淺部離層值，應分析原因，必要時應重新安裝一個頂板離層儀繼續觀測，原離層儀可進行對比觀測。雙基點頂板離層指示儀淺基點、深基點固定位置應固定在設計錨桿、錨索錨固段上方200 ～500mm 的位置，并在頂板離層儀牌板上明確標注具體位置。

3 頂板離層影響分析

3.1 掘進作業對頂板離層的影響分析

圖2 比較全面地反應了掘進作業對頂板圍巖穩定性的影響。從圖2 來看，可以分為三個變化階段，第一階段8 月13 日～8 月27 日，在此期間朱集西礦打抽放瓦斯鉆孔，巷道沒有掘進，頂板圍巖穩定性較好，頂板離層量不大；第二階段8 月27 日～9月17 日，巷道開始掘進，頂板離層量急劇增大且變化趨勢較大，頂板圍巖穩定性較差；第三階段9月17 日之后，頂板離層量增量很小，表明頂板圍巖又趨于基本穩定。從三個階段的變化趨勢來看，掘進對頂板離層的影響是隨距掘進迎頭的距離而變化的，沒有掘進，頂板離層量增量幾乎為零，頂板圍巖穩定，掘進剛開始階段對頂板穩定性的影響較大，隨著距離的增大，離層量增量逐漸減小，最終頂板圍巖處于較穩定的狀態。

圖2 頂板離層量隨時間變化圖

3.2 錨桿預緊力對頂板離層的影響分析

開始階段13501 軌道順槽巖巷段因頂板離層量較小，施工隊為減小施工難度，將錨桿預緊力矩由方案設計時要求的300N?m 降低為200N?m?，F場頂板離層檢測表明，進入下方11501 工作面停采線外側煤柱上方的支撐壓力區，以及由巖巷過度到煤巷時，頂板離層都會急劇增大，因此又將錨桿的預緊力矩調整為300N?m。調整后頂板離層得到了有效的控制，頂板圍巖穩定性大幅度增加。錨桿預緊力調整前后頂板離層的變化結果表明，錨桿預緊力矩較小，頂板離層量較大，頂板圍巖穩定性較差；當達到方案設計要求的預緊力矩后，巷道頂板離層量較小，巷道頂板圍巖穩定性也較好。因此錨桿預緊力矩必須達到300N?m 以上。

3.3 采動影響對頂板離層的影響分析

13501 軌道順槽位于11501 采空區上方。圖3、4 分別是位于11501 工作面停采線外側煤柱上方和內側采空區上方13501 軌道順槽頂板離層的監測結果，煤柱上方為支撐壓力區，采空區上方為應力降低區。對比分析這兩個圖可以看出，位于煤柱上方的頂板離層量明顯大于位于采空區上方的，且煤柱上方13501 軌道順槽的頂板離層變化更加急劇，離層量增量也要更大。位于應力降低區13501 軌道順槽的頂板離層量變化平緩并趨于穩定，而位于支撐壓力區13501 軌道順槽的頂板離層量還在緩慢的增加。由此可見，巷道圍巖應力對巷道頂板的離層發育有較大影響。

圖3 煤柱上方13501 軌道順槽頂板離層

圖4 采空區上方13501 軌道順槽頂板離層

4 結語

（1）掘進作業對巷道頂板離層的影響隨距掘進迎頭的距離而變化，距離掘進迎頭越近，巷道頂板離層量越大，在距掘進迎頭距離增大的過程中，巷道頂板離層量變化趨勢逐漸減小并趨于穩定。

（2）錨桿預緊力矩是錨桿主動支護的靈魂，提高錨桿預緊力矩，可有效控制頂板離層量。

（3）通過對11501 工作面停采線外側煤柱上方和內側采空區上方13501 軌道順槽頂板離層的觀測分析，得出巷道圍巖應力對巷道頂板離層影響較大，高應力區離層量較大，低應力區離層量較小。