冉星仕

(神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719300)

大采高綜采作為一種高產(chǎn)高效的采煤方法逐步在我國(guó)厚煤層的開(kāi)采中得到普遍應(yīng)用[1]，其采出率高于分層和綜放開(kāi)采；但由于煤層開(kāi)采厚度較大(大于3.5m)，工作面回采過(guò)程中回采巷道礦壓顯現(xiàn)程度較一般綜采更大[2]，巷道變形更為嚴(yán)重，增加了巷道維護(hù)難度，提高了巷道維護(hù)返修成本，威脅礦井安全高效生產(chǎn)[3]。為了分析淺埋大采高綜采巷道在工作面回采過(guò)程中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為巷道支護(hù)形式和參數(shù)的選取與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，針對(duì)隆德煤礦201工作面回采巷道圍巖壓力與變形進(jìn)行了實(shí)測(cè)研究。

1 地質(zhì)概況

隆德煤礦201工作面位于2-2煤層輔運(yùn)大巷西側(cè)，南部為203工作面采空區(qū)，地面標(biāo)高為+1197.2～+1236.1m，工作面標(biāo)高為+1001.8～+1033.1m，平均埋深在190m，在兩巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露斷層均為小型斷層，對(duì)工作面的回采基本無(wú)影響。工作面平均采高3.95m，工作面長(zhǎng)300m，區(qū)段保護(hù)煤柱為20m，頂板管理方法為全部垮落法。工作面頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

2 回采巷道監(jiān)測(cè)方案

工作面回采巷道礦壓監(jiān)測(cè)包括巷道表面位移、巷道深基點(diǎn)變形和圍巖壓力監(jiān)測(cè)3個(gè)方面。

2.1 采動(dòng)壓力觀(guān)測(cè)方案

在201工作面膠帶巷工作面?zhèn)群突仫L(fēng)巷兩側(cè)打鉆孔布置3組應(yīng)力測(cè)站，用于監(jiān)測(cè)回采中巷道圍巖的壓力，掌握回采對(duì)巷道超前采動(dòng)影響范圍及程度。第1測(cè)站超前切眼200m，測(cè)站間距為50m，鉆孔間距為2m，工作面實(shí)體煤側(cè)和煤柱側(cè)鉆孔，每孔內(nèi)安裝1臺(tái)KSE-Ⅱ-1型鉆孔應(yīng)力，如圖1所示。實(shí)測(cè)時(shí)，當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離工作面50m以外時(shí)，鉆孔應(yīng)力計(jì)每隔1h記錄1次，40m以?xún)?nèi)時(shí)0.5h記錄1次。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2.2 采動(dòng)影響巷道圍巖變形觀(guān)測(cè)方案

2.2.1 巷道表面位移觀(guān)測(cè)

工作面在兩巷掘進(jìn)期間，在膠帶和回風(fēng)巷布置測(cè)站，間距為50m，采用“十字法”布置，用激光測(cè)距儀測(cè)量頂?shù)装搴蛢蓭途嚯x，求出頂?shù)装搴蛢蓭鸵平縖4]。

在兩巷觀(guān)測(cè)站的頂?shù)装搴蛢蓭椭胁堪惭b基點(diǎn)，基點(diǎn)采用500mm長(zhǎng)的鋼桿并將其錘入巖體內(nèi)部，保證基點(diǎn)不松動(dòng)，回采巷道變形每天觀(guān)測(cè)一次[5]。

圖1 鉆孔應(yīng)力計(jì)布置

2.2.2 圍巖內(nèi)部位移觀(guān)測(cè)

為了深入分析兩巷圍巖活動(dòng)規(guī)律，在工作面兩巷超前工作面各設(shè)3個(gè)觀(guān)測(cè)站，分別在頂板和兩幫安裝DW-6型深基點(diǎn)鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)。巷道圍巖深基點(diǎn)分別安裝在距巷道表面1m，2m，4m和6m。多點(diǎn)位移計(jì)主要是了解巷道圍巖不同深度位移，巖層弱化和破壞范圍，判斷圍巖之間是否發(fā)生離層。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果分析

3.1 巷道圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.1.1 工作面?zhèn)葢?yīng)力分析

(1)回風(fēng)巷工作面?zhèn)瘸爸С袎毫?/p>

圖2為回風(fēng)巷工作面?zhèn)瘸爸С袎毫Ψ植记€(xiàn)，橫坐標(biāo)為超前工作面距離。工作面回采過(guò)程中，10m，15m和20m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化規(guī)律基本一致。超前工作面25m以?xún)?nèi)為采動(dòng)顯現(xiàn)影響區(qū)，3m，10m，15m和20m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增長(zhǎng)速率隨工作面推進(jìn)明顯增高，6m測(cè)點(diǎn)增長(zhǎng)率最高，說(shuō)明采動(dòng)引起應(yīng)力集中位置向煤體深部轉(zhuǎn)移，塑性區(qū)發(fā)育寬度為6m左右；測(cè)點(diǎn)應(yīng)力峰值系數(shù)k變化情況說(shuō)明巷道圍巖破裂區(qū)距巷幫寬度小于3m；隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，超前支承壓力呈現(xiàn)應(yīng)力降趨勢(shì)。

圖2 工作面?zhèn)瘸爸С袎毫Ψ植记€(xiàn)

(2)膠帶巷工作面?zhèn)瘸爸С袎毫?/p>

圖3為工作面?zhèn)瘸爸С袎毫Ψ植记€(xiàn)。超前工作面30m以外時(shí)，超前支承壓力值處于原巖應(yīng)力狀態(tài)；超前工作面22m范圍內(nèi)為超前支承壓力影響顯現(xiàn)區(qū)，采動(dòng)超前支承壓力值一直處于高速增長(zhǎng)狀態(tài)，其中10m測(cè)點(diǎn)在靠近工作面附近處應(yīng)力增長(zhǎng)速率最大，15m和20m測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)趨于穩(wěn)定為1.75，最大應(yīng)力集中系數(shù)為1.87，超前支承壓力峰值超前煤壁3m左右。

圖3 工作面?zhèn)瘸爸С袎毫Ψ植记€(xiàn)

3.1.2 煤柱側(cè)超前支承壓力

圖4為回風(fēng)巷煤柱側(cè)超前支承壓力分布曲線(xiàn)。

工作面回采過(guò)程中，3m和9m測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化規(guī)律基本一致，6m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增速最大，15m測(cè)點(diǎn)次之，12m應(yīng)力增速最小；6m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)最大。煤體超前工作面55m以外時(shí)，超前支承壓力值處于原巖應(yīng)力狀態(tài)(5MPa)；3m，9m，12m和15m測(cè)點(diǎn)的支承壓力在45～23m范圍內(nèi)以低速率緩慢增加，采動(dòng)前k基本一致，平均為1.05，6m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增長(zhǎng)速率最高，k為1.29；超前工作面23m內(nèi)為超前支承壓力影響顯現(xiàn)區(qū)，期間6m和15m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化增速明顯；超前工作面煤壁4～7m處煤體超前支承壓力出現(xiàn)了峰值，3m，9m和15m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力峰值接近，應(yīng)力峰值集中系數(shù)為1.50左右，6m測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.29，12m測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，出現(xiàn)了低應(yīng)力集中，k為1.15；隨后工作面繼續(xù)推進(jìn)，煤體超前支承壓力出現(xiàn)壓力降的趨勢(shì)。

3.2 巷道表面位移分析

3.2.1 回風(fēng)巷表面變形

圖5為回風(fēng)巷表面收斂變形曲線(xiàn)。超前工作面86～36m左右范圍內(nèi)為變形增速區(qū)域，圍巖變形增速轉(zhuǎn)折位置為86m，其變形速率開(kāi)始明顯增大，期間兩幫與頂?shù)装逡平糠謩e為13mm和11mm，底板有少量底鼓；巷道在采動(dòng)影響區(qū)0～36m內(nèi)，兩幫和頂?shù)装宓淖冃渭眲≡黾?，變形量分別為35mm和47mm。兩幫和頂?shù)装遄畲笞冃嗡俣染诓擅媲胺?m左右。兩幫和頂?shù)装逡平坷塾?jì)位移為56mm和62mm。

圖5 回風(fēng)巷巷道表面位移曲線(xiàn)

3.2.2 膠帶巷表面變形

圖6為膠帶巷表面收斂變形曲線(xiàn)。超前工作面22m為變形增速轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該處累計(jì)位移分別為13mm和18mm；超前工作面22m范圍內(nèi)為變形激增階段即采動(dòng)影響區(qū)，圍巖變形速率明顯增加，期間兩幫與頂?shù)装逡平糠謩e為17mm和19mm。兩幫與頂?shù)装遄畲笞冃嗡俣仍诓擅媲胺?m左右，此處為采動(dòng)影響最大區(qū)域。兩幫和頂?shù)装逡平坷塾?jì)位移分別為32mm和42mm。

圖6 膠帶巷表面位移曲線(xiàn)

3.3 圍巖內(nèi)部位移分析

圖7為回風(fēng)巷圍巖深基點(diǎn)位移曲線(xiàn)。在超前工作面35m位置為基點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)階段，未出現(xiàn)離層；基點(diǎn)累計(jì)位移量頂板最大，煤柱側(cè)次之，工作面?zhèn)茸钚。?5～5m為位移激增階段，基點(diǎn)累計(jì)位移量與穩(wěn)定階段一致；3個(gè)位置基點(diǎn)的最大位移差為4mm，5mm和8mm，均在1m和2m基點(diǎn)間，淺部圍巖變形與離層量較深部明顯，但淺部煤體未產(chǎn)生明顯的離層；圍巖變形在0～2m范圍內(nèi)，占累計(jì)總位移的84.4%，說(shuō)明圍巖的弱化與破壞范圍集中在距巷幫2m范圍內(nèi)。

4 小 結(jié)

(1)回風(fēng)巷與膠帶巷工作面超前支承壓力峰值位于工作面前方3～7m，超前支承壓力影響顯現(xiàn)范圍為22～28m，工作面端頭出現(xiàn)最大應(yīng)力集中系數(shù)為2.29。

(2)巷道表面位移演化過(guò)程分為3個(gè)階段：變形微增區(qū)域、變形增速區(qū)域以及變形穩(wěn)定區(qū)域。煤柱頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬?duì)位移量控制在64mm以?xún)?nèi)。巷道圍巖內(nèi)部也產(chǎn)生變形，但不同深度不同部位圍巖的變形速度不同，隨深度增加，圍巖的變形速度逐漸減小，并且巷道頂板最大，煤柱次之，工作面?zhèn)茸钚　?/p>

(3)深基點(diǎn)最大位移差出現(xiàn)在1m和2m基點(diǎn)間為錨桿的主要作用范圍，而4m和6m深基點(diǎn)相對(duì)位移較小且位移差最小，表明淺部圍巖變形較深部明顯，煤體未產(chǎn)生明顯的離層現(xiàn)象，圍巖的弱化與破壞范圍集中在距巷幫2m范圍內(nèi)。