特厚煤層孤島工作面巷道礦壓監測設計

張駿義 孫 邈

（晉能控股煤業集團同忻煤礦，山西 大同 037001）

1 工作面概況

同忻礦8102 工作面設計走向長1 516.5 m，可采走向長1 399.5 m，煤層厚18.08 m，其中機采高度3.9 m，頂煤厚度14.18 m，采放比1:3.6，煤層平均傾角1°。8102 工作面兩側煤柱均為6 m，均為采空區。為保證8102工作面回采巷道掘進施工安全，研究特厚煤層放頂煤開采下的兩巷圍巖礦壓規律，設計對2102 巷和5102 巷進行現場跟蹤礦壓觀測。

2 礦壓觀測設計分析

2.1 礦壓觀測內容及相應儀器

（1）觀測內容。在井下現場需要觀測的主要指標就是礦壓變化，包括巷道掘進期間以及正常采煤過程，這期間動壓變化大，圍巖壓力處于不穩定狀態。具體內容包括：巷道四周巖面位移量、圍巖破碎深度、頂板離層厚度、錨桿和錨索受拉力情況[1]。

（2）觀測儀器。根據本項目觀測內容，選取表1 所示相關設備和儀器。

表1 觀測儀器

2.2 測站、測線布置設計

（1）測站布置設計。根據2102 巷、5102 巷位置以及其與上覆煤層采空區之間的對照關系，將測站分為三個部分：① 第一部分位于相鄰采空區停采線附近，為了觀測從實體煤進入沿空階段時巷道壓力變化；② 第二部分位于回采巷道中部對應上覆煤層區段煤柱與采空區交界位置，為了觀測上覆采空區影響及正常回采階段巷道壓力變化；③ 第三部分距離開切眼較近，為了觀測上層實體煤及回采初期階段的巷道壓力變化[2]。

根據上述觀測原則，分別在2102 巷、5102 巷道內設置A、B 和C 三個測站，具體位置見表2。

表2 測站位置設計

（2）測線布置設計。為了防止監測過程受外界影響而被打斷或數據失效，每個測站位置設計3個測線，間距30 m。下面以2102 巷A 測站為例，該測站的3 個測線安裝儀器的類型和位置如圖1（其他測站的測線安裝與其基本一致）[3]。

圖1 測站各類儀器位置結構圖

3 礦壓觀測方案設計

3.1 巷道表面位移觀測方法設計

（1）測量設置。利用“固定木樁法”測定巷道表面位移情況，四個基點分別布置在巷道上、下、左、右圍巖的中間位置，在一個豎直斷面上（圖2）。4 個木樁基點設置完成后，立即使用塔尺測量OA、OD、OB、OC 初讀數，同時將測量數據準確地填寫在觀測表上[4]。

圖2 四個木樁基點位置及尺寸說明（m）

（2）觀測頻度及要求。① 本項目要求測站內各個測線每天觀測一次OA、OD、OB、OC 數據，直到巷道圍巖變形穩定；② 根據觀測數據繪制巷道表面收斂曲線圖，若出現突然增大現象應及時查明原因并做好應對準備。

3.2 圍巖位移狀態觀測方法設計

（1）測站測線測點布置。為了觀測不同深度下圍巖位移情況，在同一個觀測孔中，深部、中部、

淺部各布設3 個測點。因觀測孔位置不同，其深測點深度也不同，具體設計如下：① 頂板的深基點距孔口7 m（每隔1 m 安裝一個測點）；② 實體煤側的深基點距孔口12 m（每隔1 m 安裝一個測點）；③ 小煤柱側中的深基點距孔口5 m（每隔0.5 m 安裝一個測點），安裝結構如圖3[5]。

圖3 巷道圍巖位移觀測設計（m）

（2）觀測頻度及要求。① 根據觀測目標，使用圍巖多點位移計測量各測點刻度筒讀數，并將各測點的刻度1、2、3……10 的讀數分別記錄下來；② 掘進頭附近（不大于50 m）的測站是重點觀測對象，每班觀測記錄一次，其他測站一天一次[6]。

3.3 頂板離層動態觀測設計

（1）測站測線測點布置。在2102 巷及5102巷中，頂板離層儀安裝在巷道中心線位置，安裝間隔50 m，深基點要確保在8 m 深度，淺基點2.5 m深度，安裝結構如圖4[7]。

圖4 頂板離層觀測安裝圖

（2）觀測頻度及要求。① 相關儀器安裝應及時、快速，待頂板暴露即安裝。根據觀測目標，測量長短刻度筒讀數并記錄；② 掘進頭附近（不大于50 m）的測站每班觀測記錄一次，其他測站一天一次。

3.4 錨桿錨索動載拉力測試方法

（1）測站測線測點布置。錨桿、錨索受力觀測設置三個測站，A、B 測站分別設置三條測線，C測站設置一條。其中A、B 兩個測站安裝9 個錨桿和4 個錨索拉力計，C 測站安裝9 個錨桿和2 個錨索拉力計。

（2）觀測頻度及要求。① 拉力計安裝應及時、快速，待頂板暴露即安裝。根據觀測目標，測量長短刻度筒讀數并記錄；② 掘進頭附近（不大于50 m）的測站每班觀測記錄一次，其他測站一天一次。

3.5 監測結果分析

3.5.1 巷道圍巖變形監測結果分析

2102 巷兩幫移近量及變形速率如圖5（左）所示。由圖可知：（1）隨著距離煤壁越來越遠，兩幫移近量和變形速率均在顯著減小。在距離煤壁30 m范圍內，移近量值由360 mm 降低至95 mm，變形速率由80 mm/d 降低至25 mm/d。（2）距離煤壁超過30 m 后，巷道支護結構已經完備，此時兩幫移近量由95 mm 緩慢降至80 mm，最后逐漸趨近于0，變形速率由25 mm/d 逐漸趨近于0，變化過程平緩。

圖5 2102 巷兩幫（上）和頂底板（下）移近量及變形速率監測曲線

2102 巷頂底板移近量及變形速率如圖5（右）所示。由圖可知：（1）頂底板移近量和變形速率整個趨勢與兩幫基本一致，也是以距離煤壁30 m為分界點，前后發生顯著變化。（2）頂底板變形速率較兩幫值顯著增大，最高值達到160 mm/d，然后快速降至80 mm/d。

3.5.2 巷道頂板離層監測結果分析

2102 巷頂板離層監測曲線如圖6 所示。由圖可知：（1）不管是錨固區內還是區外，頂板離層值均隨著距離煤壁值增大而減小，前30 m 變化速率較大，之后緩慢減小。（2）在錨固區之外，頂板離層最大值達到68 mm，在錨固區內離層最大值約為38 mm，且距煤壁超過30 m 后基本就不再離層。因離層超過20 mm 就會有冒頂風險，所以需要適當加大錨桿密度，防止頻繁出現冒頂事故。

圖6 2102 巷頂板離層監測曲線

4 結語

為強化8102 孤島工作面的安全開采，制定了完善、詳細的礦壓監測計劃。通過觀察礦壓監測數據的變化，預判其發展形態，為后續的加強支護或改善支護參數提供了可靠依據。