深部開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

王旭杰

（西山煤電建筑工程集團有限公司礦建分公司， 山西 太原 030053）

近些年來，隨著煤炭資源需求的增加，淺層區(qū)域的煤炭資源數(shù)量在逐年減少，煤炭開采的深度不斷增加，因此，礦井煤炭開采已經(jīng)進入深部開采階段[1-3]。礦井開采深度的增加不僅增大了巷道及采場的地應(yīng)力水平，且在一些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、活動相對強烈的區(qū)域[4]，高水平地應(yīng)力巷道殘余構(gòu)造應(yīng)力大，且垂直自重應(yīng)力通常都小于水平構(gòu)造應(yīng)力，從而使巷道圍巖應(yīng)力和破壞程度大大增加，造成深部巷道支護的困難增大[5-6]。目前，已在礦井深部煤層巷道表現(xiàn)出深部礦壓的特點，如巷道變形量大、變形時間長、圍巖破碎等[7]，大量實踐表明，由于支護參數(shù)選取不合理，支護結(jié)構(gòu)不能滿足深部巷道支護要求，對礦井安全生產(chǎn)限制也越來越突出[8-10]。因此，本文以某礦巷道為工程背景，對深部開拓巷道支護情況進行研究，并監(jiān)測巷道表面位移及錨桿受力情況，探究開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，進而確保深部巷道圍巖的穩(wěn)定性，便于巷道的維護。

1 深部開拓巷道支護方案

以某礦巷道為工程背景，該巷道屬于動壓煤巷，巷道凈高4 m，凈寬4.8 m，針對該直墻半圓拱巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護形式，選用高強錨桿，其規(guī)格是Φ22 mm×2 500 mm，錨桿間排距為700 mm、700 mm；網(wǎng)片采用鋼筋網(wǎng)，其網(wǎng)格規(guī)格是70 mm×70 mm，同時選用雙股12 號鐵絲連接；錨索的規(guī)格是Φ21.6 mm×8 000 mm，錨桿間排距為1 400 mm、1 400 mm。圖1 為開拓巷道支護斷面圖。

圖1 開拓巷道支護斷面圖（mm）

2 深部開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

本文對開拓巷道的表面位移、錨桿受力情況進行現(xiàn)場監(jiān)測，探究煤礦開拓巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

2.1 開拓巷道表面位移分析

在該煤礦巷道布置5 個測站，對表面位移進行監(jiān)測，且各測站間距相差25 m。5 個測站都可監(jiān)測頂?shù)装逡平亢蛢蓭妥冃瘟?，采用“十字”布點法對巷道表面位移量進行監(jiān)測。在圍巖表面鉆孔，并將木樁打入孔內(nèi)，再將測釘安設(shè)在樁頭，作為位移監(jiān)測基點。此外，選擇在巷中位置監(jiān)測頂?shù)装逡平?，在腰線位置監(jiān)測兩幫移近量。

通過對5 個測站的開拓巷道表面位移進行監(jiān)測匯總，得到表1 所示的監(jiān)測結(jié)果。從表1 中可看出，5個測站中，4 號測站圍巖的頂?shù)滓平?、最大變形速度以及兩幫收斂量最大；? 號測站圍巖的頂?shù)滓平?、兩幫位移量均大? 號、2 號和3 號測站。此外，從表中對比還可看出，5 個測站的頂?shù)滓平烤葍蓭褪諗苛看螅翼數(shù)鬃冃瘟渴莾蓭妥冃瘟康?.2～2.0倍，最大變形速率和平均變形速率也比兩幫變形量大。由此可見，在開拓巷道掘進整個過程中，頂?shù)鬃冃问冀K比兩幫變形量大。

表1 巷道表面位移量監(jiān)測結(jié)果

隨著掘進工作面的推進，繼續(xù)對5 個測站的開拓巷道頂?shù)装蹇偽灰屏亢蛢蓭涂偸諗苛窟M行監(jiān)測，分別得到下頁圖2 和圖3 所示的變化曲線。

圖2 開拓巷道頂?shù)卓偽灰屏孔兓€圖

圖3 開拓巷道兩幫總收斂量變化曲線圖

從圖2 中可看出，4 號測站頂?shù)卓偽灰屏孔兓€遠遠在其他測站上方，由于其距離工作面比較近，附近賦存斷層，應(yīng)力集中程度高，因此，頂?shù)卓偽灰屏窟_到360 mm。當(dāng)掘進工作面推進前5 m 時，5 個測站的變化趨勢大體一致，上升緩慢；當(dāng)掘進工作面推進10 m 后，4 號測站頂?shù)滓平俣让黠@大于其他測站；在掘進工作面推進30 m 后，5 個測站的頂?shù)孜灰屏恐饾u增大，上升速度較緩。相比于1 號、3 號測站，5 號測站的變形量較小，這是因為5 號測站處頂板錨網(wǎng)索支護強度增大的緣故。在整個監(jiān)測期間，5 個測站的頂?shù)孜灰谱兓w呈上升趨勢，說明頂?shù)孜灰屏渴侵饾u增加的。

從圖3 中可看出，因4 號測站附近賦存斷層，其兩幫收斂量達到最大，最大值是250 mm。5 號測站因距離工作面最近，與1 號、2 號、3 號相比，兩幫位移量較大，其值達到了181 mm；2 號測站和3 號測站的兩幫收斂量隨著工作面推進距離的增大，兩幫收斂量也在逐漸增大，其上升變化趨勢大體一致。在整個監(jiān)測過程中，當(dāng)工作面推進距離達到20 m 時，5 個測站的兩幫收斂量變形速度增幅明顯。

2.2 開拓巷道錨桿受力分析

在該礦區(qū)開拓巷道布置3 個錨桿受力監(jiān)測站，各測站間距相差50 m，且每個測站布置3 個錨桿測力計監(jiān)測點，分別設(shè)于開拓巷道頂板中心以及兩幫位置處。錨桿安裝好后，隨著圍巖變形，錨桿所受的載荷也會產(chǎn)生變化，因此，對錨桿工作阻力進行監(jiān)測，可以充分對支護的合理性和巷道安全性進行評價。

對3 個測站的錨桿受力情況連續(xù)監(jiān)測26 d，分別得到圖4、圖5 所示的左幫和右?guī)湾^桿載荷變化曲線圖。

圖4 開拓巷道左幫錨桿載荷變化曲線圖

圖5 開拓巷道右?guī)湾^桿載荷變化曲線圖

從圖4 中可看出，1 號測站、3 號測站和5 號測站開拓巷道左幫載荷分別增大0.6 MPa、1.0 MPa 和0.9 MPa，且在監(jiān)測期間，3 個測站的左幫錨桿載荷平均速度分別是0.023 MPa/d、0.038 MPa/d 和0.035 MPa/d。

從圖5 中可看出，1 號測站、3 號測站和5 號測站開拓巷道右?guī)洼d荷分別增大1.3 MPa、0.9 MPa 和2.6 MPa，且在監(jiān)測期間，3 個測站的右?guī)湾^桿載荷平均速度分別是0.05 MPa/d、0.035 MPa/d 和0.1 MPa/d。

綜上分析可知，在開拓巷道整個監(jiān)測期間，隨著掘進工作面的推進，頂?shù)装逡平看笥趦蓭褪諗苛?，但是兩者變化?guī)律基本相同，均是隨著工作面的推進，開拓巷道變形量在不斷增加，因工作面推進對構(gòu)造應(yīng)力的影響，變形速度則是先增大后逐漸減小。此外，巷道的大變形使錨桿承受的載荷較大，說明開拓巷道支護方案的礦壓顯現(xiàn)劇烈。

3 結(jié)論

1）在開拓巷道整個監(jiān)測期間，隨著掘進工作面的推進，開拓巷道變形量和錨桿載荷的大小在不斷增加，且頂?shù)装逡平孔兓仁冀K大于兩幫收斂量。

2）巷道的大變形使錨桿承受的載荷較大，說明開拓巷道支護方案的礦壓顯現(xiàn)劇烈。