切頂卸壓沿空留巷礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

王 飛

（陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限責(zé)任公司一號(hào)煤礦，陜西 延安 727307）

1 工程概況

“110 工法”是實(shí)現(xiàn)綜采工作面無(wú)煤柱回采的技術(shù)手段，是礦井采煤技術(shù)的一項(xiàng)重大變革。近年來(lái)全國(guó)范圍內(nèi)許多礦井均在推廣應(yīng)用或進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，采空區(qū)側(cè)的頂板維護(hù)手段多，類(lèi)型也各有不同，但是對(duì)沿空留巷范圍的頂板礦壓研究較少。本文以黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦1006 工作面沿空留巷段為背景，通過(guò)對(duì)切頂卸壓沿空留巷中的礦壓觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析留巷段的壓力顯現(xiàn)規(guī)律，提出了礦壓控制難點(diǎn)與處理建議。

1.1 試驗(yàn)工作面基本情況

黃陵一號(hào)煤礦1006 工作面為十盤(pán)區(qū)第6 個(gè)回采工作面，南為1005工作面，已閉采，北為1007工作面，已形成。十盤(pán)區(qū)位于北一大巷西側(cè)，北鄰十一盤(pán)區(qū)，南與五盤(pán)區(qū)工作面相接，東接北一大巷，向西為六盤(pán)區(qū)。1006 工作面可采長(zhǎng)度為1983 m，切眼長(zhǎng)度235 m，煤層厚度2.0～2.4 m，平均厚度為2.2 m，煤層傾角1～3°。1006工作面煤層及頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 1006 工作面煤層及頂?shù)装迩闆r表

1.2 切頂卸壓機(jī)理

切頂卸壓自動(dòng)成巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)，其原理是通過(guò)對(duì)預(yù)留巷道頂板提前進(jìn)行讓壓錨索加強(qiáng)支護(hù)，超前沿采空區(qū)側(cè)頂板進(jìn)行爆破預(yù)裂切縫,將采空區(qū)側(cè)一定范圍的上覆巖層與預(yù)留巷道頂板上覆巖層之間形成切縫結(jié)構(gòu)面，從而切斷兩者之間的應(yīng)力傳遞路徑，使預(yù)留巷道頂板受力結(jié)構(gòu)狀態(tài)由長(zhǎng)壁梁轉(zhuǎn)變?yōu)槎瘫诹?，利用短壁梁支承壓力較小的特點(diǎn)控制頂板。在工作面回采后，采空區(qū)切縫高度范圍內(nèi)巖層在來(lái)壓作用下沿切縫面垮落形成巷幫，因主動(dòng)切頂可減弱基本頂?shù)臄_動(dòng)力，減弱巷道的周期來(lái)壓頻次，從而實(shí)現(xiàn)安全的沿空留巷無(wú)煤柱自動(dòng)成巷。如圖1所示。

圖1 切頂卸壓機(jī)理示意圖

1.3 沿空留巷巷道支護(hù)情況

1006 運(yùn)順為矩形巷道，掘?qū)?.2 m，掘高2.8 m，頂板采用錨桿+T140 型鋼帶+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)?？繋蛡?cè)兩根頂錨桿間距1000 mm，中間四根錨桿間距850 mm，錨桿排距600 mm 和1000 mm 交替支護(hù)，“六-六”矩形布置。主幫采用玻璃鋼錨桿+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，副幫采用金屬錨桿+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距均為700 mm×1000 mm。主幫錨桿規(guī)格為Ф20 mm×2500 mm 玻璃鋼錨桿，每根消耗MSK2335 樹(shù)脂3 節(jié)，副幫側(cè)錨桿規(guī)格及樹(shù)脂消耗與頂錨桿一致。1006 運(yùn)順主要巷道支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 1006 運(yùn)順主要巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)

T140 型鋼帶長(zhǎng)4.8 m，一梁四索，排距1600 mm，采 用Ф17.8 mm×8300 mm 鋼 絞 線(xiàn)， 每 根 消 耗MSK2370 樹(shù)脂3 節(jié)。

1006 運(yùn)順擬作為沿空留巷試驗(yàn)巷道，為確保順槽能夠滿(mǎn)足留巷支護(hù)需要，確定了如下留巷支護(hù)方案：一是將1006 運(yùn)順留巷段錨索梁支護(hù)加密至800 mm，加密支護(hù)錨索梁規(guī)格與原支護(hù)一致；錨索鋼絞線(xiàn)采用Ф17.8 mm×10 300 mm 鋼絞線(xiàn)，錨深10 000 mm。二是沿1006 運(yùn)順?lè)较?，頂板采用“單錨索+T180 型鋼帶+讓壓鎖具”方式加強(qiáng)支護(hù)，共支護(hù)兩列：第一列距巷道主幫1000 mm，錨索梁采用T180型鋼帶加工，梁長(zhǎng)3.6 m，一梁三索，間距800 mm，錨索鋼絞線(xiàn)采用Ф21.8×10 300 mm 鋼絞線(xiàn)，錨深10 000 mm，配套使用讓壓鎖具；第二列距巷道主幫2600 mm，錨索梁采用16#槽鋼加工，梁長(zhǎng)0.4 m，一梁一索，間距1600 mm，錨索鋼絞線(xiàn)采用Ф21.8×10 300 mm 鋼絞線(xiàn)，錨深10 000 mm，配套使用讓壓鎖具。1006 運(yùn)順補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后主要巷道支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 1006 運(yùn)順補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后主要巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)

2 圍巖收斂及礦壓監(jiān)測(cè)方案

2.1 圍巖收斂測(cè)點(diǎn)

主幫側(cè)頂：圍巖移動(dòng)傳感器、礦用本安型激光測(cè)距傳感器均距主幫800 mm、距正常支護(hù)的錨索300 mm 安設(shè)；巷道中頂：圍巖移動(dòng)傳感器、礦用本安型激光測(cè)距傳感器均距副幫側(cè)2600 mm、距正常支護(hù)錨索300 mm 安設(shè)；副幫側(cè)幫：圍巖移動(dòng)傳感器、礦用本安型激光測(cè)距傳感器均距離底板1400 mm、距離支護(hù)錨桿400 mm 安設(shè)。1006 運(yùn)順留巷段圍巖收斂監(jiān)測(cè)裝備安設(shè)斷面圖如圖2 所示。

圖2 1006 運(yùn)順留巷段收斂監(jiān)測(cè)裝備安設(shè)斷面圖

2.2 圍巖應(yīng)力測(cè)點(diǎn)

圍巖應(yīng)力傳感器均距底板1400 mm、距支護(hù)錨桿500 mm 安設(shè)。1006 運(yùn)順留巷圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝備安設(shè)如圖3 所示。

圖3 1006 運(yùn)順留巷圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝備安設(shè)情況圖

3 沿空留巷段礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

1006 工作面自2020 年3 月9 日開(kāi)始正式留巷，2020 年3 月10 日開(kāi)始安裝、調(diào)試礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。選取1006 工作面3 月10 日—3 月20 日間具有代表性的5#壓力分站和10#壓力分站顯示的液壓支架工作阻力曲線(xiàn)的分析得出，1006 工作面來(lái)壓步距約15 m（較該盤(pán)區(qū)正?；夭晒ぷ髅鎭?lái)壓步距增大一倍），來(lái)壓時(shí)工作面中部應(yīng)力峰值最大，約為43.5 MPa。具有代表性的5#、10#壓力分站液壓支架工作阻力對(duì)比分析如圖4 所示。

圖4 5#、10#壓力分站支架壓力曲線(xiàn)圖

通過(guò)巷道頂板下沉變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可判定巷道頂板巖層的運(yùn)動(dòng)情況，分析巷道是否已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，為留巷段臨時(shí)支護(hù)的回撤提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為掌握1006 工作面留巷段在工作面推過(guò)前后巷道頂板下沉情況，分析巷道頂板下沉變形狀態(tài)與回采工作面距離的關(guān)系，在距1006 工作面留巷300 m 范圍內(nèi)，每隔30 m 布置一個(gè)巷道變形監(jiān)測(cè)站。共布置10 個(gè)巷道頂板下沉監(jiān)測(cè)站，分別位于留巷10 m、40 m、70 m、100 m、130 m、160 m、190 m、220 m、250 m、280 m 處切縫側(cè)，距離U 型鋼支護(hù)處幫約400 mm，測(cè)站編號(hào)分別為QFC1、QFC2、QFC3、QFC4、QFC5、QFC6、QFC7、QFC8、QFC9、QFC10。同時(shí)，在1006 工作面留巷300 m 范圍內(nèi)每隔20 m 設(shè)置一個(gè)人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)（十字測(cè)點(diǎn)），測(cè)點(diǎn)分別位于留巷0 m、20 m、40 m、60 m、80 m、100 m、120 m、140 m、160 m、180 m、200 m、220 m、240 m、260 m、280 m 處，以分析巷道全長(zhǎng)范圍內(nèi)頂板最終下沉變形量，為評(píng)價(jià)巷道的整體穩(wěn)定性提供依據(jù)。

在工作面推進(jìn)過(guò)程中，測(cè)站QFC1 和QFC7 處巷道頂板下沉變形監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)分別如圖5（a）、（b）所示。

圖5 QFC1 和QFC7 處巷道頂板下沉變形監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖

由圖5 可以看出，1006 工作面運(yùn)輸巷距留巷開(kāi)始滯后工作面90 m 范圍內(nèi)下沉變形曲線(xiàn)較陡，表明該時(shí)段頂板下沉速度較快，且下沉量較大；當(dāng)工作面推過(guò)90 m 時(shí)，該處巷道頂板下沉量約為100 mm，占該處總下沉量的83%；此后頂板下沉速度明顯減緩，當(dāng)工作面推過(guò)130 m 后頂板下沉變形已基本完成，其下沉量約120 mm，表明此時(shí)該處巷道已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

從留巷段巷道頂板下沉特性來(lái)看，在滯后工作面約90 m 范圍內(nèi)，受采空區(qū)頂板巖層垮落的影響，巷道頂板下沉最為劇烈。在此范圍內(nèi)，巷道受上覆巖層荷載影響最大，此后采空區(qū)頂板巖層逐漸垮落完成，上覆巖層處于緩慢下沉狀態(tài)，巷道頂板下沉變形也趨于緩和。當(dāng)滯后工作面約120 m 后，頂板下沉變形已基本完成。