特厚煤层综放开采回采巷道钻孔应力监测研究

2018-12-05张文权

山东煤炭科技 2018年6期

张文权

（同煤集团同家梁矿，山西大同 037003）

特厚煤层综放开采时，覆岩运动规律和矿压显现规律不同于常规开采煤层[1-4]。本文以大同矿区同家梁矿为研究背景，通过对回采巷道深部围岩的钻孔应力监测，分析巷道围岩应力的时空演化规律，为回采巷道矿压显现规律和巷道支护设计提供指导。

1 工作面概况

同家梁矿8103工作面为北一盘区的第7个工作面，与8104工作面之间留设有38m宽的保护煤柱(图1)。8103工作面对应上覆为永定庄矿侏罗系 9#、11#、12#、14#和 15#层采空区，其中对应侏罗系14#层为永定庄矿8218、8216等多个采空区，其间留有纵横交错的巷间煤柱，与该层间距为139～147m。工作面煤层厚度15.2～25.92m，平均18.59m。煤层倾角为1～4°，平均为2°。8103工作面老顶为含砾粗砂岩及粉砂岩，直接顶为含砾粗砂岩，直接底为高岭质泥岩。5103巷为8103工作面回风顺槽，巷道断面为矩形，净宽5000mm，净高3700mm。2103巷为8103工作面运输顺槽，巷道断面为矩形，净宽5600mm，净高3400mm。

图1 8103、8104工作面位置关系

2 钻孔应力测定布置与设备安装

分别在2103、5103巷道内各布置2个监测断面。根据上覆侏罗系煤层残留煤柱的分布特征，确定5103巷1#监测断面距离开切眼780m，2#监测断面距离开切眼1050m；确定2103巷3#监测断面距离开切眼450m，4#监测断面距离开切眼1030m。每个监测断面均布置巷道顶板离层监测、锚杆(索)动态锚固力监测、煤柱应力监测。

通过在煤层或岩层中打水平钻孔，将GMC20应力传感器安装到钻孔深部，煤层或岩层应力直接作用到传感器上，传感器输出信号通过二次仪表测量。通过观测不同深度煤柱的应力分布情况判断与评价煤柱稳定性。在1#～4#监测断面均设置区段煤柱应力监测点。各监测断面煤柱侧帮在5～20m深度范围布置3个应力监测点，回采侧帮在5～30m深度范围布置3个应力监测点，由于打钻过程中钻孔坍塌，部分测点未达到预定深度，实际测点布置见表1。

表1 巷道监测设备安装统计表

3 特厚煤层回采巷道钻孔应力演化规律研究

3.1 5103巷道钻孔应力监测数据分析

图2和图3为1#监测断面和2#监测断面的锚杆(索)应力变化曲线图。由图2可知，1#监测断面钻孔应力总体呈上升趋势，8104工作面推过1#监测断面512m和569m时，对应8104工作面第61次和第64次周期来压，回采侧18m钻孔应力和煤柱侧5m深钻孔应力发生小幅度变化；随着8104工作面继续推进，8104工作面的第65次、第68次、第70次、第73次和第75次周期来压，对1#监测断面钻孔应力的变化影响明显，应力大小变化幅度较大。

图2 1#监测断面(采位780m)实体煤帮钻孔应力变化

由图3可知，2#监测断面钻孔应力整体呈上升趋势，随着8104工作面的推进，8104工作面第61次、第64次、第66次、第68次、第70次、第73次和第75次周期来压，对5103巷道2#监测断面钻孔应力变化影响明显；应力变化幅度相对5103巷1#监测断面较小，钻孔应力基本呈线性上升的趋势。

图3 2#监测断面(采位1050m)实体煤帮钻孔应力变化

3.2 2103巷道钻孔应力监测数据分析

图4和图5为2103巷3#断面、4#断面处的离层变化曲线图。由图可以看出，部分钻孔压力较小，由于钻孔应力计安装初期没有被压实。钻孔应力呈上升趋势，3#监测断面在8104工作面第71次、第73次和第75次周期来压钻孔应力变化显著，4#监测断面在8104工作面第73次和第75次周期来压钻孔应力变化显著。