13501 轨道顺槽顶板离层影响因素分析

吴义泉 王 龙

（皖北煤电集团朱集西分公司朱集西煤矿，安徽 淮南 232097）

朱集西煤矿位于安徽省淮南市潘集区贺疃乡境内，位于淮南煤田北部，处于朱集～唐集背斜东段的南翼。煤矿设计水平标高为-860m 和-962m，部分巷道实际深度已超过1000m。13501 轨道顺槽为典型的深井高应力巷道。

深部开采与浅部开采的明显区别在于深部巷道围岩所处的“三高一扰动”的特殊复杂力学环境，即高地应力、高地温、高岩溶水压以及采掘扰动[1]。巷道顶板围岩的稳定直接关系到矿井的安全高效生产。为了有效防止顶板事故的出现，必须采取合理的措施保障采掘工作面顶板的稳定性。因此在矿山开采过程中，应严格按照国家规定做好顶板稳定性测试工作，做好顶板支护工作，定期检查，保证顶板支护结构的可靠性[2]。针对朱集西煤矿13501 轨道顺槽掘进初期顶板离层量大、顶板破碎严重等围岩大变形问题，为了更有效地控制深井巷道顶板围岩变形，确保掘进作业安全，开展了系统的顶板离层观测，并在此基础上系统地分析围岩应力[3]、掘进、锚网支护参数对顶板离层的影响。

1 巷道地质采矿条件

1.1 邻近区域采掘情况

13501 工作面为矿井13-1 煤五采区首采工作面，工作面北起13-1 煤大巷保护煤柱线，南至井田边界，东至13-1 煤五采区边界。下伏11501 工作面顶板距上石盒子组13-1 煤底板66～74m，平均间距约70m，煤层结构简单。11501 工作面2016 年7 月16日回采结束。13501 轨道顺槽与11501 工作面相对位置如图1 所示。

图1 13501 轨道顺槽与11501 工作面相对位置图

1.2 煤层情况及支护方案

13501 工作面13-1 煤层全部可采，煤层赋存情况稳定。13-1 煤位于上石盒子组中下部，顶板距上石盒子组16-2 煤底板82.6～109.4m，平均间距91.4m，底板距11-2 煤顶板63.6～84.4m，平均间距73.2m。工作面煤厚3.29～5.31m，平均煤厚3.86m。工作面内13-1 煤局部含一层0.4m 泥岩夹矸，结构简单。

13501 工作面轨道顺槽断面为矩形，采用锚网索支护。巷道顶部采用Φ22×2800mm 左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，锚杆预紧力矩为300N•m，锚杆锚固力为120kN，锚杆间排距800×800mm，配合钢筋梯子梁支护。巷道帮部采用Φ22×2800mm左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，锚杆间排距750×800mm，配合钢筋梯子梁支护。巷道顶部锚索采用SKP22–1/1860 型1×19 股高强锚索，规格为Φ22×6300～8300mm，锚索预紧力为150kN。锚索按五花眼布置，一排5 根、下一排4 根交替布置。5 根锚索断面的锚索间排距为1000×1600mm，锚索长度为6300mm；4 根锚索断面的锚索间排距为1200×1600mm，锚索长度为8300mm。巷道 帮 部 锚 索 采 用SKP22–1/1860 型1×19 股 高 强锚索，规格为Φ22×5000mm，锚索间排距为1500×1600mm。锚索按五花眼布置，一排2 根、下一排1 根交替布置。顶板、帮部锚索配合M5 钢带支护，每根锚索采用1 支K2850、2 支Z2850 型树脂锚固剂。

2 巷道顶板离层监测

顶板离层指示仪安设在巷道中部，煤巷锚杆支护巷道每隔50m 对巷道顶板进行离层量监测。顶板离层仪安装滞后迎头不大于10m，地质构造带、三四岔门处（包括巷道连接处及宽度超过3m 的硐室）等特殊地段必须进行监测，并现场挂牌管理，牌板内容包括巷道名称、编号、安装日期、深浅基点位置、初始读数、观测日期、观测读数、深浅部离层量、观测人员等内容。顶板离层仪由施工单位技术员现场安装固定。顶板离层仪安装时初始读数大于或等于0mm，日常观测过程中若发现深部离层值小于浅部离层值，应分析原因，必要时应重新安装一个顶板离层仪继续观测，原离层仪可进行对比观测。双基点顶板离层指示仪浅基点、深基点固定位置应固定在设计锚杆、锚索锚固段上方200 ～500mm 的位置，并在顶板离层仪牌板上明确标注具体位置。

3 顶板离层影响分析

3.1 掘进作业对顶板离层的影响分析

图2 比较全面地反应了掘进作业对顶板围岩稳定性的影响。从图2 来看，可以分为三个变化阶段，第一阶段8 月13 日～8 月27 日，在此期间朱集西矿打抽放瓦斯钻孔，巷道没有掘进，顶板围岩稳定性较好，顶板离层量不大；第二阶段8 月27 日～9月17 日，巷道开始掘进，顶板离层量急剧增大且变化趋势较大，顶板围岩稳定性较差；第三阶段9月17 日之后，顶板离层量增量很小，表明顶板围岩又趋于基本稳定。从三个阶段的变化趋势来看，掘进对顶板离层的影响是随距掘进迎头的距离而变化的，没有掘进，顶板离层量增量几乎为零，顶板围岩稳定，掘进刚开始阶段对顶板稳定性的影响较大，随着距离的增大，离层量增量逐渐减小，最终顶板围岩处于较稳定的状态。

图2 顶板离层量随时间变化图

3.2 锚杆预紧力对顶板离层的影响分析

开始阶段13501 轨道顺槽岩巷段因顶板离层量较小，施工队为减小施工难度，将锚杆预紧力矩由方案设计时要求的300N•m 降低为200N•m。现场顶板离层检测表明，进入下方11501 工作面停采线外侧煤柱上方的支撑压力区，以及由岩巷过度到煤巷时，顶板离层都会急剧增大，因此又将锚杆的预紧力矩调整为300N•m。调整后顶板离层得到了有效的控制，顶板围岩稳定性大幅度增加。锚杆预紧力调整前后顶板离层的变化结果表明，锚杆预紧力矩较小，顶板离层量较大，顶板围岩稳定性较差；当达到方案设计要求的预紧力矩后，巷道顶板离层量较小，巷道顶板围岩稳定性也较好。因此锚杆预紧力矩必须达到300N•m 以上。

3.3 采动影响对顶板离层的影响分析

13501 轨道顺槽位于11501 采空区上方。图3、4 分别是位于11501 工作面停采线外侧煤柱上方和内侧采空区上方13501 轨道顺槽顶板离层的监测结果，煤柱上方为支撑压力区，采空区上方为应力降低区。对比分析这两个图可以看出，位于煤柱上方的顶板离层量明显大于位于采空区上方的，且煤柱上方13501 轨道顺槽的顶板离层变化更加急剧，离层量增量也要更大。位于应力降低区13501 轨道顺槽的顶板离层量变化平缓并趋于稳定，而位于支撑压力区13501 轨道顺槽的顶板离层量还在缓慢的增加。由此可见，巷道围岩应力对巷道顶板的离层发育有较大影响。

图3 煤柱上方13501 轨道顺槽顶板离层

图4 采空区上方13501 轨道顺槽顶板离层

4 结语

（1）掘进作业对巷道顶板离层的影响随距掘进迎头的距离而变化，距离掘进迎头越近，巷道顶板离层量越大，在距掘进迎头距离增大的过程中，巷道顶板离层量变化趋势逐渐减小并趋于稳定。

（2）锚杆预紧力矩是锚杆主动支护的灵魂，提高锚杆预紧力矩，可有效控制顶板离层量。

（3）通过对11501 工作面停采线外侧煤柱上方和内侧采空区上方13501 轨道顺槽顶板离层的观测分析，得出巷道围岩应力对巷道顶板离层影响较大，高应力区离层量较大，低应力区离层量较小。