王村煤矿斜井10号煤体支承压力现场实测分析*

摘 要：近年来，澄合矿区煤层开采深度逐渐增加，底板水害问题越发突出，带压开采无疑成为渭北深部井田开拓开采的普遍方法，而分析采煤工作面支承压力可为其提供基本实测数据参数。文章依据王村煤矿斜井10号煤层某工作面开采实际情况，对王村煤矿斜井煤体支承压力开展了现场实测，得出了采煤面煤体内部支承压力的分布规律，得到了煤体支承压力峰值系数，为理论计算提供可靠参数保证。

关键词：王村煤矿斜井；10号煤层；带压开采；支承压力

1 矿井概况

王村煤矿斜井位于渭北石炭二叠纪煤田澄合矿区中南部，地处陕西省澄城县东部，行政区划隶属于澄城县庄头乡管辖。井口位置在澄城县庄头乡李家河村境内，西距澄城县城8km，东距合阳县城11.5km，距西韩铁璐合阳东站6km。

随着矿井开采强度增加，深度不断延伸，10号煤层底部奥陶纪灰岩高承压水的危害日趋加剧，造成煤炭開采存在隐患，严重影响矿井正常安全生产，而10号煤层深部采动底板突水又是该矿区水害的主要形式，研究其采煤工作面煤体支承压力可为其带压开采理论研究提供基本的数据参数。

2 振弦式混凝土应力计工作原理

本次王村煤矿斜井10号煤层工作面支承压力监测设备采用XL-YSYLJ型振弦式岩石应力计用于测量弹性岩体中应力变化，应力计包括可紧嵌入岩石钻孔内的高强度刚性探测环，探测环由于岩石应力变化而产生变形，通过张拉在另一个直径上的钢弦测量出来，岩石应力的变化引起张拉钢弦的共振频率的变化，两者的关系通过每个应力计的标定数据得出。

3 煤体支承压力监测设计方案

本次方案中XL-YSB型振弦式岩石应力计用于观测某工作面的超前支承压力和侧向支承压力分布特征，设计在某工作面回风巷煤体中布置2个钻孔监测断面，两孔相距10m，深入煤体8m，这2个钻孔位置分别于底板采动破坏深度监测点相对应。钻孔及应力计在工作面内的布置参数如表1所示。

表1 第1-2号钻孔应力计法监测钻孔设计

4 煤体支承压力监测及钻探设备

4.1 监测设备

本次在王村煤矿斜井某工作面底板采动变形破坏监测使用XL-DSY01读数仪进行观测。

4.2 钻探设备

为得到在工作面开采的过程中，煤层对底板的变形破坏的特征和支承压力峰值系数，为第6章的煤层底板采动破坏深度提供数值依据。本次在煤体中埋设XL-YSYLJ型振弦式岩石应力计用于测试，使用XL-DSY01读数仪进行观测。

钻探设备：使用MK-4型井下专用坑透钻。

钻具组合：采用内丝钻杆，φ75金刚石钻头，保持足够的钻压的条件下加设防斜扶正器；取芯钻具：采用φ75×1500mm的岩心管；冲洗液：采用全孔清水钻进。

5 煤体支承压力监测结果分析

在某工作面所测的数据所对应绘制的变形曲线如图1、2所示。

本实验监测结果分析如下：

（1）从整体来看，所测岩石应力计的变形曲线与煤体支承压力的原理基本吻合。

（2）从过程上分析如下：a.45.7-27.9m的阶段：煤体处于原岩应力区。这一过程中煤体的支承压力基本保持不变。b.27.9-7.1m的阶段：煤体处于弹性区。这一过程中煤体的支承压力一直在增大，直到应力峰值点。c.7.1-8.6m的阶段：在此阶段内应力到达了峰值。d.7.1-0.0m的阶段：此阶段煤体处于塑性区。这一过程中的支承压力一直在减小。

（3）从第（2）中的分析得知：在7.1-8.6m的阶段应力达到了峰值，在45.7-27.9m的阶段煤体处于原岩应力区。代入相关的数值，由应力峰值系数K=P3/P1得出K≈3.2。

图1 1号岩石应力计的变形曲线

图2 2号岩石应力计的变形曲线

6 结束语

本章对王村煤矿斜井10号煤层某工作面煤体支承压力进行了现场监测，研究了煤体内部应力的分布规律、受力发生变形的过程，得到了应力峰值系数K≈3.2，为带压开采理论计算提供实测依据。

参考文献

[1]臧思茂，崔芳鹏，王书强，等.团柏煤矿下组煤开采底板突水防治技术与对策[J].煤炭科学技术，2011，39（6）：93-96.

[2]李昂，谷拴成，陈方方.带压开采煤层底板破坏深度理论分析及数值模拟—以陕西澄合矿区董家河煤矿5号煤层为例[J].煤田地质与勘探，2013，41（4）：56-60.

作者简介：李昂（1981-），男，辽宁鞍山人，博士，从事岩土工程、矿山压力及煤矿灾害治理等教学与研究工作。