矿压监测在煤巷锚杆支护巷道中的应用

1、2011年第3期 煤矿支护 15石家庄中煤杯参评论文矿压监测在煤巷锚杆支护巷道中的应用许盛运1 赵顺利21-铁法煤业集团公司;2-铁法煤业集团公司晓明煤矿,辽宁调兵山112700摘 要 矿压监测是煤巷锚杆支护技术的重要组成部分。锚杆支护实施后,应对围岩变形状况,锚杆(索)受力分布和大小进行全方位监测,以获得支护体和围岩的位移和应力信息,从而判断锚杆支护初始设计的合理性和可靠性,巷道围岩的稳定程度和安全性。本文通过晓明煤矿N2709工作面矿压监测资料分析,研究探讨巷道断面及锚杆支护参数,保证工作面安全高效生产。关键词 锚杆支护 矿压监测 分析 支护设计直接底为粉砂岩,厚度215m,水平层理,泥质

2、胶结。7煤属长焰煤,黑色,宏观类型为光亮型、半光亮型,以光亮型为主,常见参差状断口,沥青光泽,硬度23,煤质中等,煤尘爆炸指数为45133%,自然发火期为36个月。2 工作面锚杆支护设计N2709工作面运顺槽顶板采用锚杆、带、网+锚索联合支护。锚杆为直径22mm、长2200mm的全螺纹等强锚杆,间排距为900800(mm),锚杆锚固力120kN,扭矩200N#m。锚索采用直径22mm、长6000mm的钢绞线,锚固力为180kN,预紧力100kN。运顺槽两帮采用锚杆、带、网支护。两帮锚杆选用直径22mm、长1800mm的等强锚杆,间排距为1200800(mm),锚杆锚固力50kN,扭矩100N#

3、m。巷道支护布置如图1、图2所示。3 矿压监测数据分析311 矿压监测的内容巷道矿压监测是检验锚杆支护效果的重1 工作面概况N2709工作面是晓明煤矿北二采区七层煤第九个工作面,北部与大明煤矿井田相邻,东部为N2710工作面采空区,西部为F320断层,上部是N2409、N2410、N2411采空区。地面标高在+7413+7610m之间,井下标高在-390-625m之间,该工作面煤层整体呈向斜构造,轴部位于晓明煤矿与大明矿井田边界向南450m,走向94b,两翼倾角不等,南部1117b,平均14b,北部1215b,平均13b。该工作面的上部煤层为4-1#、4-2#煤层,其中4-2煤层局部可采;该工

4、作面的下部煤层为7#-2、8煤层,4-1与7-1煤层间距为54184m。7-1#与7-2#煤层间距为312m,7-1与8煤层间距在24104m。7-1煤层厚度11902180m,平均厚度2142m,煤层分二层,中间夹一层粉砂岩,厚度0110m;7-2#平均厚度0172m,中间夹一层粉砂岩,厚度2148m。煤层基本顶为粗、细砂岩,厚度1913m,白色,含水;直接顶为粉、细砂岩,厚度316m,近水平层理,含炭屑;伪顶为炭质页岩,厚度012m,黑色,层状结构,含炭高,夹煤线,易冒落,#16 煤矿支护 2011年第3期帮中央设置表面位移观测点各1个,顶板测点设在巷道中央的一个锚杆上。两帮测点设置在巷帮

5、中点的锚杆或金属网上,两帮测点与顶板测点在一个垂直平面上。观测时A、B之间用KHC新型多功能活动自锁矿用测量尺测读AE、AB值,在C、D之间用钢卷尺测读CE、CD值。测量精度要求达到1mm。图1 N2709运顺断面支护图图3 巷道表面位移观测断面图2 N2709运顺支护布置平面图要手段,回采巷道矿压观测研究工作主要目的是通过矿山压力观测,确定巷道支护设计的合理性,为改进回采巷道支护参数提供依据。观测内容为:¹巷道表面位移量观测,包括顶底板移近量、两帮移近量;º巷道围岩深部位移量观测;»巷道顶板离层量观测;¼锚索及锚杆动态锚固力观测。312 矿压观测断面及

6、测点设置N2709工作面运输顺槽掘进过程中,每隔30m布置了矿压观测断面,在工作面回采巷道内,距工作面20m、40m、50m和80m处各设置观测断面1个,该巷道内共设置4个观测断面。每个观测断面设置1个锚索锚固力测点、2个锚杆锚固力测点、1个表面位移测量断面和2个深部位移测量点及1个顶板离层观测点。(1)巷道表面位移观测点设置采用十字布点法安设表面位移监测断面,如图3所示。在每个观测断面顶板及两(2)巷道深部位移观测点设置在每个断面的巷道两帮各设置一对围岩深部位移测点。每个测点钻1个610m深的测孔,分别在每个测孔内115m、310m、415m和610m深处设观测基点。(3)锚杆及锚索动态锚固

7、力观测断面设置每个观测断面设置1个锚索锚固力测点、2个锚杆锚固力测点。在所选位置上施工锚索和锚杆钻孔,安装上锚杆和锚索后,锚索和顶板锚杆安装量程为025MPa的测力计。两帮及两隅角安装量程为016MPa的测力计。测力计与巷道表面之间需垫3050mm厚的木托盘。(4)巷道顶板离层观测点设置在每个顶板离层观测点处钻1个6m深的测孔,测孔内安装顶板离层仪,并将各测量基点分别设在115m、310m、415m和610m深处(基点1、基点2、基点3、基点4),顶板离层仪及观测基点布置见图4。313 观测周期(1)掘进期间至工作面回采前的观测测点安装1周内,每隔48h观测一次,如顶板离层速度大,每隔24h观

8、测一次。测点安装一周后或顶板下沉量不明显时,每周观测一次。2011年第3期 煤矿支护 17图4 顶板离层仪测点安装示意图(2)工作面回采期间两巷各观测点的观测各测点和观测断面每两天观测一次。若巷道变形量不明显时,可34天观测一次。314 矿压监测数据分析(1)总体分析图5为矿压监测曲线。从图中可以看出:巷道底鼓严重,且波动剧烈,最大底鼓量达600mm;两帮收敛量最大达430mm,个别监测点出现突变,两帮的变形主要以采空区侧帮为主;顶板下沉不明显,数据变化平稳。处于向斜北翼的巷道变形严重,底鼓及顶板下沉明显,监测数据表明,地质构造对巷道围岩的受力状态及变形分布有着较大的影响。图6 11号测点变形

9、曲线图7 13号测点变形曲线图8 19号测点变形曲线图5 N2709工作面运输顺槽表面位移曲线(2)顶板离层观测数据整理与分析根据巷道顶底板离层观测数据,整理绘出四个不同测点顶板离层量随时间变化的曲线如图6图9所示。从图中可以看出:巷道顶底板移近量随着时间的推移,呈近似线性增加,达到一定时间后,围岩变形趋于稳定。不同观测断面巷道顶底板移近量略有不同,最大的顶底板移近量为11号测点的25mm。36号测点的顶板移近量较小,为5mm。(3)两帮移近量和底鼓量观测数据分析图9 36号测点变形曲线根据巷道两帮移近量及底鼓量观测数据,整理出四个不同测点两帮移近量及底板底鼓量随时间变化的曲线如图1013所示

10、。从图中可以看出,不同观测断面巷道两帮移近量有所不同。19号测点两帮移近量最大,为510mm。底鼓量最大的是11号测点,为600mm。从现场观测的数据看出,18 煤矿支护 2011年第3期315 支护效果评价¹工作面运顺巷道靠近N2710采空区及上方N2409、N2410工作面采空区的的影响,煤柱留设510m,位于免压区内,原有支护强度基本满足设计要求,巷道状态良好;工作面回采后,顶板下沉量较小,靠采空区侧巷道压力显现明显,帮移近量较大,需要人工劈帮,维修的工程量较大,加大了工人的劳动强度,影响了生产效率。º巷道需要控制的部位为巷道的底板和采空区侧帮,靠采空区侧的煤帮破碎、

11、变形严重,部分地段煤帮整体内移,导致锚杆、锚索已被埋于煤体中。对重点控制的部位的支护形式及参数要做相应的调整和改善。»鉴于N2709运顺出现帮移近量较大和底鼓问题,局部最大底鼓量达到1m左右,回采中进行了多次拉底,有效地解决了巷道底鼓。4 锚杆支护巷道设计方案优化通过对工作面巷道的矿压观测与分析和近几年的实践与摸索,逐步形成了大断面、高强度锚固支护的经验,具体为:¹采用大断面设计,靠采空区侧巷道宽度515m,位于向斜轴附近巷道采用610m,切眼采用中宽710m。加大巷道中宽减少了由于受采动影响而断面缩小的情况,基本能满足生产的需要,减少了巷道的开帮工作量。º加强支

12、护强度,掘进工作面使用锚、网+锚索联合支护,锚杆间距800850mm、排距900mm,顶锚杆的直径为22mm、长2200mm,巷道帮锚杆的直径为22mm、长1800mm,锚杆间距1100mm、排距1200mm,呈五花眼布置。»锚固剂由CKZ23120型树脂锚固剂改为CKZ23140型树脂锚固剂,增加锚杆的锚固长度和锚固力。¼增加锚索数量,锚索的直径为22mm、(下转第36页)巷道底鼓问题比较严重,这是由于煤矿巷道的开挖破坏了原有的应力平衡状态,引起了围岩应力的重新分布,巷道围岩所受应力状态是影响底板鼓起的决定性因素。岩体力学特性随着矿井开采深度的加大逐渐下降,当岩层应力达到

13、一定条件时,底板岩层由于不能承受过大的应力作用而破坏底鼓。一般而言,巷道越深,岩层应力越大,巷道底板岩体呈现软弱、强度低、承载力不足等特征越明显,底鼓越严重。图10 11号测点两帮及底鼓变形曲线图11 13号测点两帮及底鼓变形曲线图12 19号测点两帮及底鼓变形曲线图13 36号测点两帮及底鼓变形曲线36 煤矿支护 2011年第3期作阻力,确保工作面支护质量。¿加强机电设备管理,尽可能减少机电事故。当发生机电事故时,尽量缩短机电事故的处理时间。6 结 语2306工作面过软煤区施工经验表明,在过软煤区和破碎顶板区域时,应加强组织领导,严格工程质量的管理考核,保持做到均衡生产和正规循环作

14、业,加强机电设备管理和检修,降低事故率,保证设备正常运行,加强矿压观测,摸清矿压规律,及时进行地质预测预报,为回采工作面通过软煤区提供科学依据。作者简介 梁永庆 男,1966年生,1990年毕业于中南工业大学。现在晋城无烟煤矿业集团公司生产技术部工作,采煤工程师。(收稿日期:2011-01-22;责任编辑:陈桂娥)强了高冒区巷道支护质量,保证了端头支架接顶效果,使回采顺利通过高冒区。»降低采高、浅截深割煤、提高泵站压力等措施,是顶板管理中控制冒顶的重要手段。由于23061巷维护措施得力,工作面顺利通过高冒变形区,原煤产量没有受到影响。512 建 议¹加强地质勘探工作,对工作

15、面地质情况做到预测准确,当接近构造区时,及早采取有效措施。º工作面设计时应根据大采高动压显现特点,优化煤柱巷道间距,加强支护强度,确保支护质量。»动压段巷道支护强度必须加强,而且进行超前防范。¼当顶板破碎时,尽可能采用浅截深的割煤工艺,缩小顶板的暴露面积。½加强工作面工程质量的管理。¾提高泵站压力,保证支架初撑力和工(上接第18页)长6000mmm,靠采空区侧和位于向斜轴附近由原排距118m沿巷道布置两根改为排距019m,沿巷道中巷布置三排,呈五花眼形式布置。避免了由于受采动影响岩层侧向位移产生的剪切力造成部分锚杆被剪切,发生顶板局部冒落事故。5 结 论¹通过整理分析现场监测数据得知,两帮的变形主要以采空区侧帮为主;顶板下沉不明显;位于向斜北翼的巷道变形严重,底鼓及顶板下沉明显,说明地质构造对巷道围岩的受力状态及变形分布有着较大的影响。º煤柱侧帮受采动影响煤体裂隙、破碎严重。上帮煤体存在着裂隙与破碎。顶板受采动影响小,岩层结构稳定。4煤层的开#采对7煤层回采工作面的矿压显现影响不大。