潘二煤矿12224上顺槽矿压观测分析

周凯旋

摘 要：通过采集潘二煤矿12224巷道顶底板和两帮移近量，锚杆锚索载荷，煤体采动附加应力观测的矿压数据，明确了巷道超前支承压力峰值影响范围，为工作面安全回采提供给了参考。

关键词：矿压观测;来压步距;围岩变形;超前支撑压力

采煤工作面是煤矿顶板事故的易发地，在顶板事故中约占70%。统计资料表明[1]，顶板事故约占煤矿事故 40% ～ 50% 。顶板事故与矿山压力、瓦斯突出、突水、冲击矿压等密切关系[2]。为此，探寻矿山压力规律研究岩层移动对预防顶板事故意义重大。工作面回采过程中需要对其矿压显现特征采取一定的观测、监测措施。专家学者对各种不同类型的回采工作面进行过矿压观测分析。例如，林泽江[3] 針对阳煤集团大采深坚硬顶板工作面采用数值模拟技术对其进行了矿压显现分析，认为数值模拟技术可以对矿压显现规律进行定量分析。但是以上理论都是以理论和现象进行的推测，是通过定性的方法对矿压现象开展分析，缺乏实际数据的论证和检验。并且以前研究的煤矿都属于煤层较深并且煤层较厚的情况，而潘二煤矿12224工作面的煤层埋深浅，煤层厚度较小，煤柱之间的距离也小，并且是在沿空掘巷这一特殊条件下进行的支护，需要针对其特殊条件独立分析。

因此本文以潘二煤矿12224工作面为研究背景，利用矿压检测数据推演其矿压显现规律，以期为现场防冲提供指导。因为我国现在国内近距离煤层开采后，整个回采工作面的围岩应力发生了重新分布，表现在回采工作面周围的煤柱产生应力集中，包括在本文主要对巷道周围超前支承压力、侧向支承压力、垂直应力及水平应力的测定和分析。为了工作面的安全回采，有必要对回采工作面进行矿压规律观测分析，总结其顶板运动、菜场支撑压力、巷道变形等特征。

一、矿井参数和分析内容

（一）工作面参数

12224工作面是走向长度1458，倾向长度426m。煤层厚度3.27～7.85m，平均5.7m，工作面切眼以南730m范围内，12224工作面是采用走向长壁后退式采煤方法，采高2.8m，放顶没高度平均3.3m。，其煤层岩物理力学性质参数如表1.1

二、矿压观测内容

（一）观测站设置

1）顶板离层：在巷道顶板中部安设离层仪，无构造带区域，巷道每掘进50～80m设置1个测站;构造带区域，巷道每掘进30～50m设置1个测站。每1测站内设1个浅基点、一个深基点，浅基点位于锚杆锚固端部，深2.5m;深基点超过锚索锚固端部以上300mm，深2.5m。

2）巷道顶底板及两帮移近量：同顶板离层测站同步设置，并基本上在同一剖面内。巷道表面位移观测基点要求牢固可靠，基点使用Φ20×1000mm短锚杆，外露长50mm，并用半卷Z2360树脂药卷锚固。在巷道底板布置测点时，出露长度以不影响行人和超出轨道面为宜，且顶板点与底板点之间要垂直，错距不得超过3mm。如果现场实际条件允许，测站顶板及两帮基点可用已打好的锚杆代替。测点A、B位置应在巷帮中点，C、D位置位于顶底中心，若有管路或风筒影响时，A、B离巷道底板不低于1.3m。

3）锚杆、锚索工作载荷测站：同顶板离层测站同步设置，每个测站设1个顶板锚杆载荷测点、1个锚索载荷测点、两帮各设1个帮部锚杆载荷测点。

4）煤体应力观测站共设5个测点，均设在12224上顺槽，安装在煤柱侧帮1m、2m、3m、4m和5m位置。

GYW25围岩应力传感器由传感器和变送器组成，二者之间用长度3米的MHYV1×4的通信电缆连接，传感器采用应变测量技术，测量的是煤体或岩体垂直载荷应力，受应力作用煤体或岩体产生破坏变形，将应力传递到应变体上产生变形，应变计将变形量转换成电压信号，并由变送器转换为RS485通讯信号。围岩应力传感器2小时自动记录对应时刻围岩应力数据，采用围岩应力采集器定期采集通过数据录入软件导入电脑。

三、矿压观测结果与分析

（一）顶底板和两帮移近量

12224上顺槽西三段3测站围岩变形主要发生在掘进初期50天时间内，之后巷道围岩变形逐渐降低并处于相对稳定状态，在掘进剧烈影响期间内，该测站巷道顶底板和两帮移近量分别为510mm和480mm，顶底板和两帮最大移近速度分别为43mm/d和33mm/d;在150天的观测时间内，该测站巷道顶底板和两帮移近量分别为610mm和550mm。

回采期间12224上顺槽西三段受工作面超前支承压力影响范围为60～80m，剧烈影响范围为30～40m，在回采期间内，巷道顶底板移近量一般为800～900mm，两帮移近量一般为700～800mm.

（二） 顶板离层

12224上顺槽西三共计设有近9个顶板离层测点，具体如表3-1：

由表3-1可以看出，在观测期间内，除局部区段顶板浅部离层量达到30mm外，其他测站顶板均离层很小或者没有发生离层，说明该巷道总体支护状况良好，锚索网支护有效地控制了顶板浅部及深部岩层离层现象发生，同时也说明该巷道锚索网支护参数设计合理。

（三）锚杆锚索载荷

锚杆与锚索受力监测是锚杆支护巷道矿压监测的重要内容，通过监测支护体受力大小与分布，可以比较全面地了解锚杆与锚索的工作状况，判断锚杆是否发生屈服和破断，评价巷道围岩的稳定性与安全性以及锚索网支护设计是否合理。由12224上顺槽西三段5测站锚杆锚索载荷变化可以看出：

1）掘进期间上顺槽西三段5测站右帮锚杆载荷没有显著增加，受力保持不变，基本上是维持在初始预紧力状态下工作，顶板锚杆锚索及左帮锚杆巷帮锚杆载荷缓慢增加，稳定后的工作载荷为12Mpa、18Mpa和6Mpa，说明在采空区状态下锚杆及锚索受力较小，巷道基本上处于卸压状态。

（四）煤体采动附加应力观测

为了掌握近距离采空区下沿空掘巷煤柱应力的分布规律，我们在12224上顺槽靠煤柱侧帮设有5组煤体采动附加应力观测钻孔。掘巷期间12224上顺槽不同时段煤柱应力沿煤柱宽度方向变化，表3-2为各钻孔煤柱应力增量变化一览表，由上述图表可以看出：

掘巷期间，12224上顺槽顺槽1m、2m、3m、4m及5m各钻孔煤柱应力最大增幅分别为0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa和0.9MPa，应力集中系数分别为1.25、1.45、1.8、1.92及1.82，其应力峰值位于煤柱侧帮4.0m位置。

四、结  语

开展了近距离采空区下大断面沿空掘巷顶板离层、煤柱应力与巷道围岩位移、锚杆锚索受力为核心内容的矿压观测工作，获得了如下结论：

1）掘进期间，12224上顺槽西三段巷道顶底板和两帮移近量分别为610mm和550mm，顶底板和两帮最大移近速度分别为43mm/d和33mm/d;

2）回采期间12224上顺槽西三段受工作面超前支承压力影响范围为60～80m，剧烈影响范围为30～40m，在回采期间内，巷道顶底板移近量一般为800～900mm，两帮移近量一般为700～800mm，尤其在工作面前方10 m位置最为剧烈。 因此要重点抓好该区域段的超前支护，保证矿井安全回采。

3）掘进期间上顺槽西三段5測站右帮锚杆载荷没有显著增加，受力保持不变，基本上是维持在初始预紧力状态下工作，顶板锚杆锚索及左帮锚杆巷帮锚杆载荷缓慢增加，稳定后的工作载荷为12Mpa、18Mpa和6Mpa，说明在采空区状态下锚杆及锚索受力较小，巷道基本上处于卸压状态。

4）上顺槽西二段4测站在掘进初期顶板及巷帮锚杆锚索载荷均呈现增长趋势，30～40天后锚杆锚索载荷基本上就达到稳定，顶板锚杆和锚索稳定后的工作载荷分别为32Mpa和35Mpa，巷帮锚杆稳定后的工作载荷为8Mpa，说明在上覆工作面阶段煤柱下方锚杆及锚索受力差别较大。

5）掘巷期间，12224上顺槽位于12125采空区下方的西三段煤柱帮1m、2m、3m、4m及5m各钻孔煤柱应力最大增幅分别为0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.2MPa和0.9MPa，应力集中系数分别为1.25、1.45、1.8、1.92及1.82，其应力峰值位于煤柱侧帮4.0m位置，所以要设置适合大小的煤柱。

参考文献：

[1]张立辉.浅埋深易自燃煤层超大面积采空区综采工作面低氧防治技术[J].中国煤炭，2014，40（S1）：73-77.

[2]王云飞.均压通风解决采空区漏风的技术研究[J].陕西煤炭，2018，37（01）：35-37.

[3]林泽江.大采高坚硬顶板工作面矿压显现规律研究[J].当代化工研究，2019（03）：65-66.