黄白茨煤矿柔模沿空留巷矿压规律研究_刘洋.pdf

黄白茨煤矿柔模沿空留巷矿压规律研究刘洋，苏海民，杨兵（国家能源集团 乌海能源公司，内蒙古 乌海；国家能源集团 乌海能源公司 黄白茨矿业公司，内蒙古 乌海）摘 要：本文以黄白茨煤矿 上 工作面柔模混凝土沿空留巷为工程背景，对沿空留巷段进行矿压监测，分析监测数据并结合留巷实施情况，揭示了黄白茨煤矿 上 工作面矿压显现及沿空留巷围岩变形规律，为后续工作面无煤柱回采技术矿压控制技术提供依据。关键词：沿空留巷；矿压规律；矿压监测中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）我国煤炭开采技术不断发展，留设煤柱的方式已逐步被无煤柱沿空掘巷或沿空留巷取代。目前，巷旁充填体沿空留巷在我国综采放顶煤工作面中广泛应用，留巷效果较好。由于各矿工程条件的复杂性和差异性，采用的沿空留巷方案不尽相同，针对沿空留巷的矿压规律，很多学者做了研究。本文在前人研究的基础上，针对黄白茨煤矿 上 工作面，对其进行沿空留巷矿压监测，获得了围岩稳定状态信息，研究结果可为优化沿空留巷设计和类似条件的巷道支护工程提供借鉴。工作面概况乌海能源集团黄白茨煤矿薄煤层 上层煤，煤层为缓倾斜煤层，黄白茨煤矿 上 工作面位于矿业公司二水平 采区，距地表垂深，工作面长度，推进长度。为南翼采区首采工作面，目前 上 工作面回风巷及运输巷均已掘进完毕，设计留巷段为：上 工作面运输巷切眼处至运输巷停采线，留巷全长约。煤层结构较为简单，一般不含夹矸，有时靠近煤层底部有一层 .的细砂岩、泥岩、炭质泥岩。上层煤地质储量 万，可采储量 万，煤质为中灰、低硫、焦煤。矿井为高瓦斯矿井，根据 上层煤 皮带上山已揭露的采掘工作面瓦斯涌出情况测算，上煤层瓦斯含量为 ，煤尘具有爆炸危险性，煤层自燃倾向性为自燃煤层。现场矿压监测方案 测点布置本次矿压监测在 上 工作面运输巷自留巷起始段至 范围内共布设 个测站，测站布置见表，测站位置分布如图 所示。表 矿压监测测点布置情况表测点编号监测项目测点位置砼墙编号围岩收敛变形监测砼墙压力监测单体柱工作阻力监测锚杆、锚索应力监测留巷 处围岩收敛变形监测砼墙压力监测单体柱工作阻力监测锚杆、锚索应力监测留巷 处围岩收敛变形监测砼墙压力监测单体柱工作阻力监测锚杆、锚索应力监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测砼墙压力监测锚杆、锚索应力监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测砼墙压力监测锚杆、锚索应力监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测留巷 处围岩收敛变形监测单体柱工作阻力监测单体柱下缩量监测留巷 处DOI:10.13487/ki.imce.022882图 矿压监测测点布置示意图 监测仪器监测所需仪器如表 所示。表 沿空留巷矿压监测所需仪器序号仪器名称监测内容规格型号单位测站数量柔模砼墙压力监测仪（数显）柔模砼墙压力监测套单体支柱压力监测仪（数显）单体柱工作阻力（）量程 件锚杆、锚索测力计砼墙锚栓工作阻力、副帮锚杆及顶板锚索工作阻力件红外线测距仪围岩收敛变形个 监测内容 围岩收敛变形监测围岩收敛变形监测包括顶底板及两帮变形等。采用十字监测法监测围岩收敛变形，位移监测原理如图 所示。顶底板移近量采用顶板动态仪进行测量，两帮移近量采用收敛计测量。图 沿空留巷围岩收敛监测 锚杆、锚栓、锚索工作阻力监测上 工作面运输巷柔模墙体浇筑完成后安装锚杆测力计，在原巷道副帮安装锚杆测力计，在原巷道顶板安装锚索测力计，每组测站共计安装 个锚杆测力计和 个锚索测力计。用来监测回采和留巷过程中锚杆、锚索应力变化规律。围岩荷载监测围岩荷载即柔模混凝土墙体压力，浇筑柔模混凝土墙体时，在墙体底部与底板接触面安装围岩荷载监测仪，实时监测围岩压力，每组测站安装 组监测仪器。单体支柱工作阻力监测在滞后支护的单体支柱上安装本安型数显压力计，每组布置 个。本安型数显压力计分别安设在巷道上帮、中部、下帮单体支柱上，以便精准监测巷内顶板承载压力情况。单体支柱下缩量监测在滞后支护的单体支柱活柱上标注刻度线，分别标注在巷道上帮、中部、下帮单体支柱活柱上，个单体支柱为 组，以便精准监测巷内单体下缩情况。矿压监测分析 数据分析围岩收敛变形量、单体支柱工作阻力、锚杆锚索应力、砼墙压力和单体下缩量随回采距离变化曲线如图 所示。图 矿压监测曲线 由图 可以得出如下结论：留巷巷道形变量总体上较小。巷高形变量最大为，平均形变量；巷宽形变量最大为，平均形变量。距离工作面煤壁 范围内属于变形阶段，巷道压力显现较为明显，在滞后回采工作面 后巷道基本趋于稳定。巷中单体压力主帮单体压力副帮压力，副帮压力增大周期较长，表明随着混凝土墙体承载力的提升，主帮单体压力逐渐传递于支护墙体，在墙体切断老顶悬臂使巷道压力集中在巷中，压力逐渐向副帮煤壁传递。在距工作面煤壁 锚栓工作阻力增长迅速，表明该范围内墙体受采空区矸石冲击侧压力较大，总体呈现出：煤壁侧锚杆工作阻力柔模锚栓压力的规律，结合现场煤帮出现了不同程度的片帮现象，表明两帮侧压力主要集中在煤壁侧。在滞后工作面 为压力剧增区，距工作面煤壁 后墙体顶板压力呈缓慢增长状态，表明在滞后工作面 范围内，随着采空区顶板垮落，柔模混凝土墙体的支撑力显著提升。随着工作面的推进，留巷巷道矿压呈现出如下规律：滞后工作面煤壁 属压力剧增区，巷道变形明显；滞后工作面 处于压力缓慢增长区，压力达到峰值，局部巷道出现二次形变，属正常现象；之后巷道压力基本处于稳定状态。围岩活动规律分析根据黄白茨煤矿 上 工作面沿空留巷矿压监测，结合留巷期间工作面超前及滞后压力显现情况，分析近距离煤层沿空留巷围岩的活动规律。黄白茨煤矿 上煤上覆为 煤采空区，层间距，属于近距离煤层开采，上煤开采裂隙带发育超过两层煤层间距，即 上煤顶板不存在稳定承载层，随着工作面推进距离加大，必然引起 煤采空区及上覆岩层应力重新分布，此种采空区覆岩应力叠加会造成工作面滞后压力显现异常，是沿空留巷成功与否的重要影响因素。近距离煤层工作面回采覆岩移动规律既有常规回采顶板来压特点，也有特有的覆岩运动形式。根据留巷过程中压力监测及工作面来压情况，近距离煤层回采滞后压力显现特点可总结为“增速快、周期长”。在下煤层工作面回采初期，受工作面前后煤壁支撑，只有承载层下部强度较小的岩层达到极限垮落距发生垮落。此时，采空区内无大面积垮落矸石，岩层失稳垮落时有较大的回转空间，将以“悬臂梁”形式发生垮落，即直接顶垮落。初次断裂的顶板往往靠近煤层强度较小岩层，其极限跨距无论在工作面走向上还是倾向上都比较小，不能形成大块体，工作面压力增加幅度小，影响范围小，此阶段留巷巷道无明显形变，墙体完整。随着工作面继续向前推采，顶板上部厚度较大较坚硬的岩层发生断裂，此时采空区内已经有大量矸石垮落，岩层厚度较大，故岩层往往以“砌体梁”形式断裂。整体而言，厚硬岩层以“”形式断裂，有较大极限垮落距，所以厚硬岩层的垮落往往会引起工作面强度较大的顶板来压。如果该岩层不是主承载层，则主承载层及以上岩层仍可以支撑上部采空区内松散块体。由于承载层的“屏蔽作用”，下煤层工作面压力较初期稳步增大。留巷 阶段内，随工作面推进，采空区顶板随采随落，根据矿压监测情况，此阶段回采工作面直接顶垮落，基本顶破断，工作面支架支撑阻力增大，导致留巷墙体底板出来台阶离层显现。根据柔模墙体监测数值、巷内单体压力数据，推断此阶段 上煤基本顶破断，但上覆岩层仍存在承载层承受 煤采空区及覆岩压力，使此阶段 上煤滞后压力增速与前阶段相同。根据对 上 工作面留巷巷道的持续观测，此阶段显现一般在滞后采煤工作面 发生。根据矿压监测数据，此压力显现现象一般发生在滞后回采工作面，该范围内柔模墙体锚栓工作阻力增长迅速，煤帮出现了不同程度的片帮现象，巷中单体阻力最大达到。推断滞后工作面 ，工作面顶板达到充分采动，直接顶的断裂引起了主承载层的断裂，引起 煤采空区及上覆岩层应力重新分布，使此范围内的煤层与上煤层覆岩应力叠加，沿空留巷巷内压力异常增大，伴随副帮片帮、墙体剪切、台阶碎裂现象，引起留巷巷道巷旁支护侧顶板下沉、巷道顶板离层、滞后支护钢梁压弯。结语受回采动压及矿山压力影响，开采下层煤，上覆采空区虽然已基本处于动压稳定状态，但引起的围岩应力重新分布不仅在残留煤柱上造成应力集中，而且向底板深部传递，对下方煤层回采巷道维护产生重要影响。本阶段留巷通过将墙体置于巷内底板处，一方面减少了巷道的断面，根除了墙体根部不稳的隐患，另一方面随着工作面的巷道推进与上方遗留煤柱距离的逐渐增大，受煤柱的影响越来越小，留巷 后上方煤柱消失，巷道完全位于采空区之下，此阶段巷道变形较小，留巷效果良好。参考文献：常文超，王宇涵，李康文沿空留巷技术发展研究现状分析山西建筑，（）：常韡沿空留巷矿压监测与显现规律研究煤，（）：李卯玄杜儿坪矿综采工作面沿空留巷综合矿压监测技术研究煤炭与化工，（）：张海亮 探巷沿空留巷矿压监测方案及矿压显现分析内蒙古煤炭经济，（）：单仁亮，黄博，燕发源，等中兴矿沿空留巷工作面矿压显现规律研究煤炭工程，（）：作者简介：刘洋（），男，山东昌乐县人，本科，工程师，研究方向：机械制造、自动化管理。