深部开拓巷道的矿压显现规律研究

王旭杰

（西山煤电建筑工程集团有限公司矿建分公司， 山西 太原 030053）

近些年来，随着煤炭资源需求的增加，浅层区域的煤炭资源数量在逐年减少，煤炭开采的深度不断增加，因此，矿井煤炭开采已经进入深部开采阶段[1-3]。矿井开采深度的增加不仅增大了巷道及采场的地应力水平，且在一些地质构造复杂、活动相对强烈的区域[4]，高水平地应力巷道残余构造应力大，且垂直自重应力通常都小于水平构造应力，从而使巷道围岩应力和破坏程度大大增加，造成深部巷道支护的困难增大[5-6]。目前，已在矿井深部煤层巷道表现出深部矿压的特点，如巷道变形量大、变形时间长、围岩破碎等[7]，大量实践表明，由于支护参数选取不合理，支护结构不能满足深部巷道支护要求，对矿井安全生产限制也越来越突出[8-10]。因此，本文以某矿巷道为工程背景，对深部开拓巷道支护情况进行研究，并监测巷道表面位移及锚杆受力情况，探究开拓巷道的矿压显现规律，进而确保深部巷道围岩的稳定性，便于巷道的维护。

1 深部开拓巷道支护方案

以某矿巷道为工程背景，该巷道属于动压煤巷，巷道净高4 m，净宽4.8 m，针对该直墙半圆拱巷道采用锚网索联合支护形式，选用高强锚杆，其规格是Φ22 mm×2 500 mm，锚杆间排距为700 mm、700 mm；网片采用钢筋网，其网格规格是70 mm×70 mm，同时选用双股12 号铁丝连接；锚索的规格是Φ21.6 mm×8 000 mm，锚杆间排距为1 400 mm、1 400 mm。图1 为开拓巷道支护断面图。

图1 开拓巷道支护断面图（mm）

2 深部开拓巷道的矿压显现规律研究

本文对开拓巷道的表面位移、锚杆受力情况进行现场监测，探究煤矿开拓巷道的矿压显现规律。

2.1 开拓巷道表面位移分析

在该煤矿巷道布置5 个测站，对表面位移进行监测，且各测站间距相差25 m。5 个测站都可监测顶底板移近量和两帮变形量，采用“十字”布点法对巷道表面位移量进行监测。在围岩表面钻孔，并将木桩打入孔内，再将测钉安设在桩头，作为位移监测基点。此外，选择在巷中位置监测顶底板移近量，在腰线位置监测两帮移近量。

通过对5 个测站的开拓巷道表面位移进行监测汇总，得到表1 所示的监测结果。从表1 中可看出，5个测站中，4 号测站围岩的顶底移近量、最大变形速度以及两帮收敛量最大；而5 号测站围岩的顶底移近量、两帮位移量均大于1 号、2 号和3 号测站。此外，从表中对比还可看出，5 个测站的顶底移近量均比两帮收敛量大，且顶底变形量是两帮变形量的1.2～2.0倍，最大变形速率和平均变形速率也比两帮变形量大。由此可见，在开拓巷道掘进整个过程中，顶底变形始终比两帮变形量大。

表1 巷道表面位移量监测结果

随着掘进工作面的推进，继续对5 个测站的开拓巷道顶底板总位移量和两帮总收敛量进行监测，分别得到下页图2 和图3 所示的变化曲线。

图2 开拓巷道顶底总位移量变化曲线图

图3 开拓巷道两帮总收敛量变化曲线图

从图2 中可看出，4 号测站顶底总位移量变化曲线远远在其他测站上方，由于其距离工作面比较近，附近赋存断层，应力集中程度高，因此，顶底总位移量达到360 mm。当掘进工作面推进前5 m 时，5 个测站的变化趋势大体一致，上升缓慢；当掘进工作面推进10 m 后，4 号测站顶底移近速度明显大于其他测站；在掘进工作面推进30 m 后，5 个测站的顶底位移量逐渐增大，上升速度较缓。相比于1 号、3 号测站，5 号测站的变形量较小，这是因为5 号测站处顶板锚网索支护强度增大的缘故。在整个监测期间，5 个测站的顶底位移变化整体呈上升趋势，说明顶底位移量是逐渐增加的。

从图3 中可看出，因4 号测站附近赋存断层，其两帮收敛量达到最大，最大值是250 mm。5 号测站因距离工作面最近，与1 号、2 号、3 号相比，两帮位移量较大，其值达到了181 mm；2 号测站和3 号测站的两帮收敛量随着工作面推进距离的增大，两帮收敛量也在逐渐增大，其上升变化趋势大体一致。在整个监测过程中，当工作面推进距离达到20 m 时，5 个测站的两帮收敛量变形速度增幅明显。

2.2 开拓巷道锚杆受力分析

在该矿区开拓巷道布置3 个锚杆受力监测站，各测站间距相差50 m，且每个测站布置3 个锚杆测力计监测点，分别设于开拓巷道顶板中心以及两帮位置处。锚杆安装好后，随着围岩变形，锚杆所受的载荷也会产生变化，因此，对锚杆工作阻力进行监测，可以充分对支护的合理性和巷道安全性进行评价。

对3 个测站的锚杆受力情况连续监测26 d，分别得到图4、图5 所示的左帮和右帮锚杆载荷变化曲线图。

图4 开拓巷道左帮锚杆载荷变化曲线图

图5 开拓巷道右帮锚杆载荷变化曲线图

从图4 中可看出，1 号测站、3 号测站和5 号测站开拓巷道左帮载荷分别增大0.6 MPa、1.0 MPa 和0.9 MPa，且在监测期间，3 个测站的左帮锚杆载荷平均速度分别是0.023 MPa/d、0.038 MPa/d 和0.035 MPa/d。

从图5 中可看出，1 号测站、3 号测站和5 号测站开拓巷道右帮载荷分别增大1.3 MPa、0.9 MPa 和2.6 MPa，且在监测期间，3 个测站的右帮锚杆载荷平均速度分别是0.05 MPa/d、0.035 MPa/d 和0.1 MPa/d。

综上分析可知，在开拓巷道整个监测期间，随着掘进工作面的推进，顶底板移近量大于两帮收敛量，但是两者变化规律基本相同，均是随着工作面的推进，开拓巷道变形量在不断增加，因工作面推进对构造应力的影响，变形速度则是先增大后逐渐减小。此外，巷道的大变形使锚杆承受的载荷较大，说明开拓巷道支护方案的矿压显现剧烈。

3 结论

1）在开拓巷道整个监测期间，随着掘进工作面的推进，开拓巷道变形量和锚杆载荷的大小在不断增加，且顶底板移近量变化幅度始终大于两帮收敛量。

2）巷道的大变形使锚杆承受的载荷较大，说明开拓巷道支护方案的矿压显现剧烈。