锚杆支护巷道矿压监测及数据处理

许 蕾

（中煤国际工程集团沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）

·试验研究·

锚杆支护巷道矿压监测及数据处理

许 蕾

（中煤国际工程集团沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）

锚杆支护监测是研究支护方式、检验支护效果、优化支护参数、判断巷道稳定性，保证安全生产的重要手段之一。本文以某煤矿煤巷锚杆支护巷道为试验巷道，进行了巷道表面位移、顶板离层、锚杆（索）动态锚固力监测，通过现场监测验证了支护参数的合理性，为日后回采巷道支护参数确定提供了参考依据。

锚杆；支护方案；矿压监测；顶板离层

巷道支护方案确定后，须进行现场施工检验，即按设计方案实施试验巷道，并进行矿压监测。一是可随时观察巷道围岩动态变化情况，掌握围岩的变形规律，当围岩变形超过允许范围值时，及时采取措施，保证安全生产；二是通过监测获得支护体受力情况，评价支护效果，为修改设计提供科学依据［1-3］。

本次矿压监测是在吉林某煤矿5-1采区回采巷道内进行的，巷道支护形式为锚杆（索）联合支护。通过以上矿压观测，确定巷道锚杆支护参数的合理性，为进一步完善巷道锚杆支护设计提供依据。

1 地质概况

5-1采区位于北斜井盲斜井筒西翼，地表标高+440 m，煤层埋藏深度为490～640 m；随着开采深度的增加和地质条件的复杂变化，区段巷道出现了严重破坏，其中煤质松软和应力集中是造成巷道破坏的主要影响因素，该区掘进的-50～-125 m（沿煤层）区段巷道，目前己翻修8次，严重影响了安全生产。

2 锚杆支护设计参数

通过理论计算法与工程类比法确定巷道支护参数为：顶板锚杆采用直径22 mm，长度2 200 mm的螺纹钢锚杆；两帮锚杆参数为直径20 mm；长度2 000 mm，顶板及两帮锚杆间排距皆为600 mm。顶板锚索直径15．24 mm，长度6 000 mm，锚索呈矩形布置，锚索排距1 800 mm。顶板锚杆之间采用钢筋梯组合，钢筋直径14 mm，梯宽100 mm；巷道表面铺设菱形网，网宽800mm，网格尺寸50mm×50mm，支护设计示意图见图1。

图1 锚杆、锚索布置示意图

3 巷道矿压观测点布置

对试验巷道的矿压监测内容包括：巷道表面位移量、顶板离层量、锚杆（索）动态锚固力。

1）表面位移基点的安设及其测量原理。

巷道表面位移是指巷道顶底板和两帮在巷道开挖后一段时间内的相对位移量。观测目的是巷道从开挖到稳定的时间内，巷道表面位移随围岩暴露时间的变化规律，从中找出巷道围岩位移与锚杆（索）支护形式及参数之间的关系，为评估支护效果提供量化指标。

由于本区底鼓并不明显，所以仅进行了顶板下沉量和两帮移近量观测，测量方法采用三角形方法进行测量，分别在顶板及两帮设置观测基准点A、B、C。基点布置示意图见图2。

图2 表面位移基点布置示意图

现场采用收敛计进行测量，LAB，LAC，LBC三个值为初读数，a、b、c为任意时刻巷道变形后相对应的三点，观测时只需量测Lab，Lac，Lbc即可，其算法用三角形表面收敛原理，见图3。

图3 观测断面三角形表面收敛计算图

当A、B、C三点移动后，所构成的三角形△abc仍是闭合的，假设E点为不动点，它到各点的初始距离分别为h、XB、XC。根据勾股定理可以求出：

任一时刻E点到各点的距离为ha、xb、xc，同理可以求出：

于是各测点的位移：

2）顶板离层观测基点的安设。

顶板离层是预测巷道失稳的主要参数之一。当离层达到一定值时，顶板将发生破坏和冒顶，此时顶板离层值即为顶板失稳离层界限值（简称离层限）。离层界限因开采地质条件、采动影响程度等因素不同而异，实际中应根据具体情况确定出离层限。当顶板离层达到离层界限值时，应及时分析顶板离层原因，采取相应的控制措施和治理措施。

顶板离层采用KGE30C围岩离层报警仪，当离层超过所设定范围时，它可自动发出警报。其监测的基本原理是通过测量两个基点同顶板表面相对位移变化，测得浅部基点的离层和两基点间的离层。深部基点安在锚索端部所在高度位置，浅基点安在锚杆端部所在高度位置。

3）锚（索）动态锚固力监测仪的安设。

锚杆受力监测是锚杆支护中最基本的工作。其量测的目的是监测锚杆受力变化规律，了解锚杆轴向力随围岩变形的变化情况，借以评价或修改锚杆支护参数。试验巷道内锚杆（索）锚固力监测采用MJ-40锚杆测力计，在每个观测断面顶、帮锚杆（索）上分别安装锚固力监测仪，观测锚固力随时间的变化情况。

4 矿压观测结果分析

4．1 巷道表面位移的观测结果分析

通过一个多月的观测，获得了表面位移的实测数据，绘制了巷道表面位移量与时间关系曲线，具体见图4和图5。

图4 第一观测断面表面位移变化曲线图

图5 第二观测断面表面位移变化曲线图

从图4，图5来看，巷道在掘后一定时间内，围岩运动在不断调整和变化之中，顶板最大下沉量为46．2 mm，两帮最大收敛量为80 mm。在巷道掘进15天后，巷道围岩变形趋于稳定，说明巷道围岩在自身调节及支护作用下达到了稳定状态，也证明在该围岩条件下使用锚网支护结构和所选支护参数是合理的。

4．2 顶板离层观测结果分析

顶板离层分析曲线见图6，图7。

图6 第一观测断面离层变化曲线图

图7 第二观测断面离层变化曲线图

由图6，图7可知，巷道顶板在掘后18天内离层持续增大，18天后离层趋于稳定，这是支护与围岩相互作用并达到稳定的过程。观测期间2 m内最大离层量为20 mm，2～6 m间顶板最大离层量28 mm。观测得到的顶板离层量较小，表明在锚杆和锚索的共同作用下有效抑制了顶板煤岩的扩容，锚杆和锚索的设计参数满足了巷道围岩稳定控制的要求。

4．3 锚固力观测结果分析

两断面锚固力观测变化曲线见图8和图9。

图8 第一断面锚固力变化曲线图

图9 第二断面锚固力变化曲线图

图8，图9中Ta表示顶锚杆，Tb、Tc表示帮锚杆，Ts表示顶锚索。从观测数据所绘制的锚固力变化曲线来看，锚杆、锚索的锚固力在巷道掘进初期逐渐增大，但增长的速率较小。在观测期间，锚杆、锚索的锚固力也在不断的波动，但是波动的幅度不大，波动剧烈时间一般在巷道掘后15天之内，这是巷道围岩与锚杆（索）支护相互作用，相互协调的过程，经过一段时间调整后锚固力基本趋于稳定值。两帮锚杆受力大小及变化规律基本一致，顶板锚杆锚固力较大，这主要是由于悬露的顶板在重力及构造应力的作用下活动性更强，产生较大下沉，致使锚杆受力较大。从锚索的锚固力大小来看，其锚固力大小远大于锚杆锚固力，说明锚索控制的岩层范围较大，承载的覆岩重量较大，对围岩的支护作用更加明显。目前，锚索的受力大小远小于其破断强度，支护强度富余，即使巷道受到采动影响也可以保证巷道围岩的稳定。

5 结 论

通过现场试验巷道进行的表面位移、顶板离层、锚杆（索）动态锚固力的观测，确定巷道支护方案满足对围岩稳定的控制作用。巷道矿压观测应作为巷道围岩稳定性的日常监测工作，对实现矿井的安全高效生产具有重要意义。研究成果对类似矿井实现巷道矿压监测与数据处理具有良好的参考价值。

［1］ 康红普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术［M］．北京：煤炭工业出版社，2007：179-205．

［2］ 王双喜．煤巷锚杆支护的施工设计及矿压监测［J］．科技情报开发与经济，2006，16（24）：286-287．

［3］ 耿献文．矿山压力测控技术［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2002：122-127．

Mine Pressure Monitoring and Data Processing in Bolt Supported Roadways

Xu Lei

Bolting support monitoring is an important means for studying support forms，examining support effect，optimizing support parameters，estimating the stability of roadway and ensuring the security of production．In this paper，bolt support coal roadway was treated as the trial．It was monitored such as roadway surface displacement，roof separation，bolt（cable）dynamic anchoring force．It verified the reasonableness of the support parameters through site monitoring．It provided the reference for support parameters ascertaining in the future．

Bolt；Supporting scheme；Mine pressure monitoring；Roof separation

TD353+．6

A

1672-0652（2013）09-0031-04

2013-06-12

许 蕾（1983—），女，2006年毕业于辽宁工程技术大学，工程师，主要从事矿区平面设计与安全方面的工作（E-mail）cyzx0824＠yahoo．com．cn