近距离煤层下层煤支护应用与监测

常献军



近距离煤层下层煤支护应用与监测

常献军

(南煤集团有限公司，山西 阳泉市 045000)

近距离煤层由于其煤层间距小，导致诸多巷道布置及支护问题。采用现场监测的方法，对下煤层3个典型位置处巷道的工程监测结果进行对比分析，结果表明：锚杆受力变化范围10~60 kN左右，均值约为35 kN左右，锚杆的预紧力和工作载荷总体偏低。因此应加强施工质量管理，提高锚杆安装质量，增强锚杆锚固力。

近距离煤层；现场监测；支护优化

近距离煤层由于其煤层间距小，导致诸多巷道布置及支护问题。本文以炉峪口煤矿8#与9#近距离煤层为研究背景，采用现场监测的方法，对3个典型位置处巷道的工程监测结果进行对比分析，对比监测结果为这3个典型位置处的巷道提供具有针对性的支护优化手段。

1 锚杆工作载荷监测结果

南庄矿8#煤层与9#煤层为极近距离煤层，煤层平均间距为7.5 m。工作面9#煤层结构较为简单，煤层平均厚度为1.48 m。煤层比较稳定，有0~3层夹矸，顶板多为砂质泥岩，底板以泥岩为主，为全区稳定的可采煤层。巷道采用矩形断面，净断面宽为4 m，净高2.8 m，净断面面积为11.2 m2。

南庄矿在煤层下行开采过程中，9#煤层由于受到上覆8#煤层回采结束所形成的采空区煤柱的影响，在 8#煤层采空区不同位置形成了3个典型而又有代表性的巷道：采空区下方，采空区煤柱下方，8#煤回采影响的实体煤下方。由于位于不同位置，巷道在掘进之后，围岩中的应力分布状况不同，所以有必要分别采用相应的支护方案。

3个典型位置处巷道的工程监测结果如图1所示。

由图1可知，位于采空区下方的巷道中的锚杆，其工作载荷在整个监测过程中几乎不出现波动，基本维持在安装时的水平；位于采空区煤壁下方巷道中的锚杆，其工作载荷在整个监测过程中均不断增大，直至监测结束仍有上升的趋势；位于实体煤下方的巷道中的锚杆，其工作载荷在监测初期出现了较大幅度的增长，但在监测过程的中后期基本维持不变。

以上监测结果表明，采空区下方围岩中的应力由于得到了上覆采空区的释放，巷道中锚杆工作载荷较小，在锚杆的整个工作过程中，巷道几乎无变形，锚杆工作载荷不出现增长，巷道易于支护；采空区煤壁下方的巷道因为受到上覆煤柱产生的应力升高区域的作用，巷道围岩中的应力产生了强烈的集中现象，巷道围岩的变形较大，导致锚杆工作载荷持续增长，巷道难于支护；实体煤下方的巷道在刚开挖时，由于围岩中应力的释放，导致监测初期产生一定的变形，后期随着应力的释放完成，巷道变形逐渐稳定下来，表现在锚杆工作载荷在监测前期出现一定的增长，后期稳定下来，巷道不受上覆煤柱产生的应力升高区域的影响，巷道也较易于支护。

图1 3个典型位置处巷道锚杆工作载荷时间曲线对比

从南庄矿锚杆工作载荷监测结果总体来看，锚杆受力变化范围为10~60 kN左右，均值约为35 kN左右。监测结果说明，锚杆的预紧力和工作载荷总体偏低。预紧力偏低往往是由于锚杆安装初期没有足够的预应力，因此应加强施工质量管理，提高锚杆安装质量；锚杆工作载荷偏低除巷道围岩应力较小外，与锚杆的锚固质量有直接关系，因此应重视提高锚杆锚固力，如锚固剂质量、锚固长度以及锚杆搅拌安装质量等。

2 锚索工作载荷监测结果

锚索工作载荷监测结果如图2所示。

图2 3个典型位置处巷道锚索工作载荷时间曲线对比

由图2可知，位于采空区下方的巷道中的锚索，其工作载荷在整个监测过程中几乎不出现波动，基本维持在安装时的水平，峰值为88 kN；位于采空区煤壁下方巷道中的锚索,其工作载荷在整个监测过程中都不断增大，直至监测结束后仍有增大的趋势，峰值达到了199.75 kN；位于实体煤下方的巷道中的锚索，其工作载荷在监测初期出现了较大幅度的增长，但在监测过程的后期趋于平缓，峰值为192.36 kN。

以上监测结果表明，采空区下方围岩中的应力由于得到了上覆采空区的释放，巷道中锚索的工作载荷较小，在锚索的整个工作过程中，巷道顶板下沉量较小，锚索工作载荷几乎不出现增长；采空区煤壁下方的巷道因为受上覆煤柱产生的应力升高区域的作用，巷道围岩产生剧烈的应力集中现象，巷道顶板下沉量较大，锚索工作载荷持续增长，巷道难于支护，直到监测结束时工作载荷依然呈上升趋势；实体煤下方的巷道不受上覆煤柱产生的应力升高区域的影响，在巷道刚开挖时，由于围岩中应力的释放，导致监测初期产生一定的变形，后期随着应力的释放完成，巷道变形逐渐稳定下来，表现在锚索工作载荷在监测前期出现一定的增长，后期稳定下来。3条巷道中锚索的工作载荷峰值为199.75 kN，表明巷道中锚索的工作载荷较大，需加强巷道中锚索的支护强度，同时增大锚索直径，增大支护体系的安全系数及可靠性。

从南庄矿巷道顶板锚索工作载荷总体监测结果来看，所受监测的锚索预应力均值最大为102.79 kN左右，最小为40 kN左右，锚索平均预应力为70 kN左右。锚索的最大工作载荷为200 kN左右，锚索平均工作载荷为150 kN左右。顶板所用Φ17.8 mm锚索预应力应达到95~119.2 kN。而南庄矿9#煤层3条大巷中顶板锚索平均预应力仅为70 kN左右，仅能达到屈服载荷的29.4%，从而影响锚索的整体锚固作用。分析锚索预应力偏低的原因，主要是由于锚索安装时张拉设备或张拉工艺存在问题，应确保锚索预应力达到95~119.2 kN。

3 结 论

以炉峪口煤矿8#、9#近距离煤层为研究背景，利用现场监测的方法，对3个典型位置处巷道的工程监测结果进行对比分析。主要结论如下：

(1) 锚杆受力变化范围为10~60 kN左右，均值为35 kN左右，锚杆的预紧力和工作载荷总体偏低。因此应加强施工质量管理，提高锚杆安装质量，增强锚杆锚固力。

(2) 由南庄矿巷道顶板锚索工作载荷总体监测结果可知，所受监测的锚索预应力均值最大为102.79 kN左右，最小为40 kN左右，锚索平均预应力为70 kN左右，仅能达到屈服载荷的29.4%，从而影响锚索的整体锚固作用，应确保锚索预应力达到95~119.2 kN。

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(2018−07−29)

常献军(1982—)，男，山西左权人，助理工程师，主要从事采矿工程研究与生产，Email:253181114@qq.com。