近距離煤層下層煤支護應用與監(jiān)測

郭 立

（山西平舒煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 045400）

1 工程背景

爐峪口礦8號煤層與9號煤層為極近距離煤層，煤層平均間距為7.5 m。工作面9號煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，煤層平均厚度為1.48 m。煤層比較穩(wěn)定，有0～3層夾矸，頂板多為砂質(zhì)泥巖，底板以泥巖為主，為全區(qū)穩(wěn)定的可采煤層。巷道采用矩形斷面，凈斷面凈寬為4 m，凈高2.8 m，凈斷面面積為11.2 m2。

爐峪口礦在煤層下行開采過程中，9號煤層的由于受到上覆8號煤層回采結(jié)束所形成的采空區(qū)煤柱的影響，在8號煤層采空區(qū)不同位置形成了三個典型而又有代表性的巷道：采空區(qū)下方、采空區(qū)煤柱下方和8號煤回采影響的實體煤下方這三個典型位置處巷道。由于位于不同位置，巷道在掘進之后，圍巖中的應力分布狀況不同，所以三條巷道有必要采用相應的支護方案。

2 錨桿工作載荷監(jiān)測結(jié)果

由圖1三個典型位置巷道錨桿工作載荷時間曲線對比圖可知，位于采空區(qū)下方的巷道中錨桿的工作載荷在整個監(jiān)測過程中幾乎不出現(xiàn)波動，基本維持在安裝時的水平；位于采空區(qū)煤壁下方巷道中錨桿工作載荷在整個監(jiān)測過程中均不斷增大，直至監(jiān)測結(jié)束仍有上升的趨勢；位于實體煤下方的巷道中錨桿工作載荷在監(jiān)測初期出現(xiàn)了較大幅度的增長，但在監(jiān)測過程的中后期基本維持不變。

圖1 三個典型位置巷道錨桿工作載荷曲線對比圖

以上對三個典型位置錨桿的工作載荷監(jiān)測結(jié)果對比表明，采空區(qū)下方圍巖中的應力由于得到了上覆采空區(qū)的釋放，巷道中錨桿工作載荷較小，在錨桿的整個工作過程中，巷道幾乎無變形，錨桿工作載荷不出現(xiàn)增長，巷道易于支護；采空區(qū)煤壁下方的巷道因為受到上覆煤柱產(chǎn)生的應力升高區(qū)域的作用，巷道圍巖中的應力產(chǎn)生了強烈的集中現(xiàn)象，巷道圍巖的變形較大，導致錨桿工作載荷持續(xù)增長，巷道難于支護；實體煤下方的巷道在剛開挖時，由于圍巖中應力的釋放，導致監(jiān)測初期產(chǎn)生一定的變形，后期隨著應力的釋放完成，巷道變形逐漸穩(wěn)定下來，表現(xiàn)在錨桿工作載荷在監(jiān)測前期出現(xiàn)一定的增長，后期穩(wěn)定下來，巷道不受上覆煤柱產(chǎn)生的應力升高區(qū)域的影響，巷道也較易于支護[1-2]。

從爐峪口礦錨桿工作載荷監(jiān)測結(jié)果總體來看，錨桿受力變化范圍為10～60 kN左右，均值約為35 kN左右。監(jiān)測結(jié)果說明，錨桿的預緊力和工作載荷總體偏低。預緊力偏低往往是由于錨桿安裝初期沒有足夠的預應力，因此應加強施工質(zhì)量管理，提高錨桿安裝質(zhì)量；錨桿工作載荷偏低除巷道圍巖應力較小外，與錨桿的錨固質(zhì)量有直接關(guān)系，因此應重視提高錨桿錨固力，如錨固劑質(zhì)量、錨固長度以及錨桿攪拌安裝質(zhì)量等。

3 錨索工作載荷監(jiān)測結(jié)果

錨索工作載荷監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)對比如下頁圖2所示。

由圖2三個典型位置巷道錨索的工作載荷時間曲線對比圖可知，位于采空區(qū)下方的巷道中錨索工作載荷在整個監(jiān)測過程中幾乎不出現(xiàn)波動，基本維持在安裝時的水平，峰值為88 kN；位于采空區(qū)煤壁下方巷道中錨索的工作載荷在整個監(jiān)測過程中都不斷增大，直至監(jiān)測結(jié)束后仍有增大的趨勢，峰值達到了199.75 kN；位于實體煤下方的巷道中錨索工作載荷在監(jiān)測初期出現(xiàn)了較大幅度的增長，但在監(jiān)測過程的后期趨于平緩，峰值為192.36 kN。

圖2 三個典型位置巷道錨索工作載荷曲線對比圖

以上對三個典型位置錨索的工作載荷監(jiān)測結(jié)果對比表明，采空區(qū)下方圍巖中的應力由于得到了上覆采空區(qū)的釋放，巷道中錨索的工作載荷較小，在錨索的整個監(jiān)測工作過程中，巷道頂板下沉量較小，錨索工作載荷幾乎不出現(xiàn)增長；采空區(qū)煤壁下方的巷道因為受上覆煤柱產(chǎn)生的應力升高區(qū)域的作用，巷道圍巖產(chǎn)生劇烈的應力集中現(xiàn)象，巷道頂板下沉量較大，錨索工作載荷持續(xù)增長，巷道難于支護，直到監(jiān)測結(jié)束時工作載荷依然有上升的趨勢；實體煤下方的巷道不受上覆煤柱產(chǎn)生的應力升高區(qū)域的影響，在巷道剛開挖時，由于圍巖中應力的釋放，導致監(jiān)測初期產(chǎn)生一定的變形，后期隨著應力的釋放，巷道變形逐漸穩(wěn)定下來，表現(xiàn)在錨索工作載荷在監(jiān)測前期出現(xiàn)一定的增長，后期穩(wěn)定下來[3-4]。三條巷道中錨索的工作載荷峰值為199.75 kN，大約為Φ17.8 mm。錨索體屈服載荷260 kN，表明巷道中錨索的工作載荷較大，需加強巷道中錨索的支護強度，同時增大錨索直徑，增大支護體系的安全系數(shù)及可靠性[5]。

從爐峪口礦巷道頂板錨索工作載荷總體監(jiān)測結(jié)果來看，所受監(jiān)測的錨索預應力均值最大為102.79 kN左右，最小為40 kN左右，錨索平均預應力70 kN左右。錨索的最大工作載荷為200 kN左右，錨索平均工作載荷150 kN左右。頂板所用錨索為鋼絞線，錨固長度2000 mm。Φ17.8 mm錨索預應力應達到95～119.2 kN。而爐峪口礦9號煤層中三條大巷中頂板錨索平均預應力僅在70 kN左右，僅能達到屈服載荷的29.4%，從而影響錨索的總體錨固作用。分析錨索預應力偏低的原因，主要是由于錨索安裝時張拉設(shè)備或張拉工藝存在問題，應確保錨索預應力達到95～119.2 kN。

4 結(jié)論

1）錨桿受力變化范圍為10～60 kN左右，均值約為35 kN左右，錨桿的預緊力和工作載荷總體偏低。因此應加強施工質(zhì)量管理，提高錨桿安裝質(zhì)量，重視提高錨桿錨固力。

2）由爐峪口礦巷道頂板錨索工作載荷總體監(jiān)測結(jié)果可知，所受監(jiān)測的錨索預應力均值最大為102.79 kN左右，最小為40 kN左右，錨索平均預應力70 kN左右，僅能達到屈服載荷的29.4%，從而影響錨索的總體的錨固作用，應確保錨索預應力達到95～119.2 kN。