淺埋大采高工作面回采巷道礦壓監測技術與方案

劉桂璋 姬 凡 閆鵬佳

（陜西有色榆林煤業有限公司，陜西 榆林 719000）

回采巷道礦壓監測是一套成熟的技術與裝備體系，該技術和裝備在煤礦中廣泛應用。杭來灣煤礦301 盤區30101 工作面在回采時裝備了礦壓監測設備，對該工作面的正常回采起到了至關重要的作用。30201工作面作為礦井302盤區智能化采煤工作面，根據開采條件、巷道尺寸、支護方式及巷道布置情況等關鍵影響因素，通過增加相應的監測設備，設立起始階段的集中監測區及中后階段的正常回采監測區。該工作面運輸機巷及回風巷均具備完成開展回采巷道規律實測的基本要求，在30201 工作面運輸機巷及回風巷開展礦壓觀測是可行的[1-5]。

1 井田概況

井田東西長約12.0 km，南北寬約7.7 km，面積90.36 km2。杭來灣煤礦302 盤區30201 工作面煤層覆存條件穩定，采煤方法合理，頂底板巖性、支護設備及采煤機械的可靠穩定性高。30201 工作面為302 盤區煤層首采工作面，采高7.2 m，工作面寬度330 m，走向長度5857 m，傾角小于1°，平均埋深235 m，屬于淺埋薄基巖大采高工作面。覆蓋層基巖厚度52.87～234.80 m，由南向北、從西向東埋深逐漸增大，平均遞增梯度5.18 m/km。煤層結構簡單，局部含1～2 層0.05～0.46 m 泥巖、炭質泥巖（個別粗砂巖）夾矸。

2 巷道支護簡介

工作面采用150 臺液壓支架支護頂板，支架型號為ZY21000/36/75D，額定工作阻力21 000 kN。巷道支護302 盤區回采工作面巷道共布置三條，即工作面帶式輸送機巷、工作面輔助運輸巷、工作面回風巷。工作面巷道采用矩形斷面，巷道掘進采用掘錨一體機掘進；大斷面巷道支護形式主要采取錨網噴+錨索聯合支護方式，頂板破碎地段適當增加錨桿密度、錨索深度、加設鋼帶等措施加強支護；工作面臨時巷道斷面較小，多采用錨桿支護，頂板破碎地段采用錨桿加網、鋼帶及錨索的聯合支護。大斷面巷道的特征見表1。

表1 302 盤區中央大巷斷面特征表

3 礦壓監測系統現狀

該礦井現已安裝一套KJ216 型礦壓綜合監測系統，在井下30200 綜采工作面安裝20 臺頂板壓力分機，在30200 綜采工作面進風巷和回風巷分別安裝離層傳感器和錨桿傳感器各40 臺，通過工作面的通訊分站和輔助運輸大巷的通訊主站將監測數據上傳至礦井地面生產調度中心。本次開采設計除利用現有的礦壓綜合監測系統[6-9]，另新增5 臺頂板壓力分機、30 臺離層傳感器和30 臺錨桿傳感器滿足30201綜采工作面拓寬延長部分礦壓綜合監測需求。新增5 臺頂板壓力分機、30 臺離層傳感器和30 臺錨桿傳感器分別安裝在30201 綜采工作面的拓寬部分和延長部分。

4 巷道礦壓監測方案

4.1 監測測站布置

在采煤工作面推進過程中，工作面周邊巷道將受到采煤工作的影響發生不同程度擾動，導致巷道周邊礦壓發生變化。為了尋求杭來灣煤礦302 盤區30201 工作面回采巷道的礦壓顯現規律，合理地選擇支護形式和支護參數，需要開展巷道圍巖監測工作。一般要觀測巷道圍巖移動、支架變形、支架荷載以及巷道錨桿支護監測，包括巷道表面收斂監測、頂板離層監測、錨桿受力監測等情況。本監測方案對杭來灣煤礦30201 工作面回采巷道的回風順槽和膠帶運輸順槽巷道里各設收斂監測斷面35 個、錨桿受力監測斷面35 個、頂板離層監測斷面35 個。其中，工作面推進前500 m 范圍內，共布置10 個測站，間距50 m，其余范圍內每200 m 布設1 個測站。本次礦壓監測設計斷面布置如圖1。

圖1 監測設計斷面布置圖（m）

4.2 巷道支護監測內容

根據杭來灣煤礦302 盤區巷道圍巖強度的實際情況，采取了錨桿（索）、網支護形式。錨桿支護工程需要監測的內容較多，杭來灣煤礦30201 工作面根據現場實際情況重點對回采巷道錨桿（索）、網支護開展以下內容的監測：頂板離層監測、巷道表面收斂變形監測、錨桿受力狀態監測、工作面超前支承壓力監測。

4.2.1 頂板離層監測

在30201 綜采工作面進風巷安設離層傳感器40臺、錨桿傳感器40 臺，通過工作面的通訊系統接入工作面監測數據集控中心，實現監測數據的傳輸和共享。本次開采設計除利用現有的礦壓綜合監測系統，另新增30 臺離層傳感器和30 臺錨桿傳感器滿足30201 綜采工作面拓寬延長部分礦壓綜合監測需求。采用頂板離層位移計九點安設方式，在進風巷頂部布置離層位移計2 組，布設位置如圖2 所示。第一組測點4 個，間隔為0.4 m，頂部基點深度依次為0.4 m、0.8 m、1.2 m、1.6 m；第二組測點5 個，布置間距為1 m，頂部基點深度分別為2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、6.0 m。

圖2 運順頂板離層位移計的安設（mm）

4.2.2 表面收斂變形監測

表面收斂變形的監測采用三角形布點方式，每組布置5 個測點（頂部3 個、兩幫各1 個），如圖3 所示。頂部測點固定在錨桿端頭部位，幫部測點采用木樁安設在兩幫表面。其中木樁固定要求如下：預施工孔徑Φ28 mm、孔深380 mm 的監測孔，將長400 mm、直徑28 mm 木樁楔入孔中，在木樁端部安裝測釘進行監測。

圖3 巷道表面收斂量監測測點布置圖

監測頻率：距離工作面50 m 范圍以內，每天觀測一次；距離工作面＞50 m 的范圍，兩天觀測一次；位移速度發生突變，則需增加監測頻率。最大允許位移值：回采工作面頂板下沉量限值為180 mm，兩幫移近量限值為100 mm，當出現表面累計收斂變形量大于限值，則立即停止作業，并采取相應的支護措施。

4.2.3 錨桿受力狀態監測

錨桿錨固力預先做拉拔試驗，拉拔力須＞90%錨固力。錨桿受力狀態監測通常從每300 根錨桿中隨機抽取3 根，每根錨桿上面安設測力錨桿。測力錨桿與原有錨桿相類似，但是該錨桿安設特制鐵托盤，能夠通過傳感器讀取錨桿受力狀態，測力錨桿托盤300 mm×300 mm×12 mm 規格。

監測頻率：工作面回采期間，每間隔20 m 設置測力錨桿1 條，對工作面邊幫實施長期觀測。

4.2.4 工作面超前支承壓力監測

現場實測統計杭來灣煤礦30201 回采工作面回風順槽和運輸順槽超前支架立柱上的壓力變化規律。30201 工作面順槽共安裝超前支架2 臺，型號：ZQL2×6400/28/53D，每臺超前支架4 個立柱，每個立柱上均安裝有壓力表。根據工作面順槽超前支架壓力實測，得到30201 工作面在兩順槽的超前支承壓力峰值位置、峰值系數及影響范圍，同時得到實測來壓時兩順槽的超前支架壓力與非來壓時的超前支架壓力的區別。

4.3 監測數據的用途

頂板離層監測、巷道表面收斂變形監測、錨桿受力狀態監測數據及時匯總形成監測數據表，并繪制礦壓監測數據曲線圖。根據監測數據表建立預測數模進行分析，查明杭來灣煤礦3 號煤層的來壓機理、礦壓規律，以及不同來壓條件下的巷道圍巖變形特征和巷道錨桿支護效果，為巷道有效支護措施的選擇提供數據支撐。

工作面超前支承壓力監測數據記錄了工作面前方支承應力分布曲線，用于分析初次來壓的支承壓力的規律、周期來壓的支承壓力峰值及位置。

5 結語

（1）根據302 盤區30201 工作面開采條件、巷道尺寸、支護方式及巷道布置情況等關鍵影響因素，通過在30201 工作面運輸機巷及回風巷增加相應的監測設備，監測結果對于保障工作面安全穩定回采具有重要意義。

（2）通過對監測數據分析，能夠有效開展巷道支護效果評價，必要時可對現有支護進行優化。此外，該監測技術可預測工作面初次來壓和周期來壓覆巖垮落規律，保障安全生產。