基于危险区域的巷道围岩稳定性动态监测

许海涛

(山西能源学院 矿业工程系，山西 晋中 030600)

基于危险区域的巷道围岩稳定性动态监测

许海涛

(山西能源学院 矿业工程系，山西 晋中 030600)

在煤矿开采过程中，为准确地了解巷道容易出现不稳定部分的支护是否合理，采用无线矿压监测系统对洪崖煤矿9#煤层9303工作面巷道围岩稳定性进行分析。该系统可以持续得到动态数据，通过数据分析，可以使设计与施工更为合理有效，从而使生产更顺利。

围岩稳定性；无线矿压监测系统；结构探测；动态数据

巷道无线矿压监测系统采用有线CAN总线与WIFI无线传输技术，可同时对井下多条巷道进行在线监测，且互不干扰。

该系统采用全新的采集模式，只要巷道顶板产生1 mm(可调)的变形或者1 kN(可调)的阻力变化，传感器即进行数据采集，最短2 s即进行一次数据采集，能够完整、精确地监测并记录巷道围岩发生的细微变化。本文采用该系统对洪崖煤矿9#煤层9303工作面巷道围岩稳定性进行分析：

1 系统基本情况

该系统地面部分设备主要有：地面传输接口，监测主机；井下部分主要有：环网转换器，矿用无线监测基站，无线锚杆(索)测力计，无线围岩移动传感器，无线钻孔应力计，矿用隔爆兼本安电源。其结构及其主要设备见图1，图2，图3.

图2 无线围岩移动传感器图

图3 围岩移动传感器安装示意图

2 巷道围岩结构探测观测方案

锚杆支护属于隐蔽性工程，围岩的破坏失稳一般没有明显的预兆，支护设计不合理或施工质量不好都有可能导致突发性的顶板垮落、两帮片落，引发安全事故。因此，锚杆支护指标设计值是依据巷道支护锚杆性能确定的。

1) 围岩深层位移量。围岩深层位移量代表的是锚索锚固范围内围岩的变形量，而围岩的变形量必须在锚杆允许延伸的范围内，深层位移量设计值应小于锚杆最大可延伸长度。

2) 围岩浅层位移量。围岩浅层位移量代表的是锚杆锚固范围内围岩的变形量，一方面，围岩的变形量必须在锚杆允许延伸的范围内，另一方面，锚杆的延伸率大于15%，而锚索的延伸率最大为3%，因此，浅层位移量设计值的确定应着重考虑锚索延伸率，应小于深层位移量设计值。

3) 锚索、锚杆工作阻力。锚杆、锚索工作阻力设计值的确定以支护设计要求为依据，优化后的支护设计要求为：顶锚杆扭矩≥400 N·m，顶锚杆锚固力≥190 kN，帮锚杆扭矩≥400 N·m，帮锚杆锚固力≥190 kN，锚索预应力≥250 kN，锚索锚固力≥400 kN. 锚杆锚索工作阻力设计值应小于锚杆锚索锚固力。

各项指标设计值在满足以上条件的基础上，还应留有一定余量，结合现场实际支护情况，得到9303回采巷道矿压观测各项指标的设计值，见表1.

表1 回采巷道矿压观测各项指标的设计值表

3 巷道危险区域围岩稳定性测点布置方案

由支护应力主导的巷道危险区和强烈采动影响主导的巷道危险区构成了回采巷道危险区。对于9303运输巷而言，巷道危险区为142 m、210 m、387 m、432 m、471 m、480 m、960 m、1 120 m、1 405 m、1 570 m、1 735 m、1 991 m、1 868～1 808 m. 9303巷各监测站最终确定的位置为1 808 m、1 758 m、1 570 m，见图4.

图4 测站布置平面示意图

洪崖矿巷道无线矿压监测系统的布置以测站为单位，在每个测站处选择1个巷道断面对围岩稳定性参数进行实时监测，各测站内部通过无线连接，测站与测站之间采用有线传输。每个分站拟对顶板离层及两帮位移量、顶板及两帮锚杆工作阻力、顶板及右帮锚索工作阻力、煤体应力等4项进行监测，其中前3项的传感器安装见图5.

图5 测站内各传感器布置图

测站1及测站2对工作面开采侧煤体应力进行监测，其中测站1布置4台钻孔应力计，深度分别为1 m、2 m、3 m、4 m，间隔距离约为1 m；测站2布置3台钻孔应力计，深度分别为5 m、7 m、9 m，间隔距离为2 m；测站3拟对煤柱侧煤体应力进行监测，共布置钻孔应力计5台，深度分别为1 m、3 m、5 m、7 m、9 m，间隔距离2 m. 煤体应力测站布置见图6.

图6 9303运输巷煤体应力测站布置图

4 围岩稳定性监测与评价

洪崖矿9303运输巷无线矿压监测系统监测数据在矿调度中心主机页面上显示，监测时间为2015.11.01—2015.11.20，顶板离层及两帮位移数据监测情况见表2，锚杆(索)工作阻力监测情况见表3，煤体应力监测情况见表4.

表2 顶板离层及两帮位移情况表

表3 锚杆(索)工作阻力监测情况表

表4 煤体应力监测情况表

11月1日及11月20日的锚杆工作阻力和其平均值分别是[23.1 kN，36.8 kN]，29.6 kN；[23.1 kN，38.2 kN]，30.0 kN. 钻孔应力计初始应力值基本处于区间[1.39 MPa,9.14 MPa]，且其平均值为3.18 MPa.从以上数据可以看出，这些应力数值趋向减小，但是有特殊情况存在，究其原因在于煤体中应力被设备中注油压力抵消。

9303工作面在检测过程中需要的仪器安装在其前方0.05 km和0.1 km处，这些仪器可以记录数据。通过数据分析可知，随着时间推移，不进行采煤工作，记录的数据并没有太多变化。由此可以推断，上下部及边侧的岩层依然处于稳定状态；但是当采煤工作进行后，记录的数据出现了不同程度地改变，有的十分明显，说明上下部及两侧岩层受到了采煤工作的影响。

[1] 程 伟，柏建彪.松软厚煤层巷道围岩稳定原理与控制技术研究[J].煤炭科技，2010(2)：4-6.

[2] 刘建军.崔家寨煤矿近距离煤层群开采巷道稳定性分析[J].煤炭科学技术，2009，37(3)：13-16.

[3] 何 杰，方新秋，许 伟，等.深井高应力破碎区巷道破坏机理及控制研究[J].采矿与安全工程学报，2008，25(4)：494-498.

Dynamic Monitoring of Surrounding Rock Stability of Roadway in Danger Area

XU Haitao

In coal mining, the stability of roadway surrounding rock in No.9303 working face in No.9 coal seam in Hongya coalmine is analyzed with the application of wireless mine pressure monitoring system, so as to better review the supporter system accurately, The monitoring system collects dynamic data continuously, by real time data analysis, Improves the design and construction, makes it more reasonable and effective，the production more smoothly.

Stability of surrounding rock; Wireless mine pressure monitoring system; Structural detection; Dynamic data

2016-07-27

许海涛(1986—)，男，山东临朐人，2013年毕业于太原理工大学，硕士研究生，助教，主要从事煤矿大采高和矿压方面的研究工作

(E-mail)592452256@qq.com

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1672-0652(2016)10-0032-03