放顶煤沿空留巷回采矿压分析

2021-08-06王盖克

煤炭与化工 2021年6期

王盖克

（山西兰花集团东峰煤矿有限公司，山西晋城048000）

东峰煤矿位于山西省高平市原村乡管辖范围内，现开采3号煤层，煤层平均厚度6 m，采用综合放顶煤采煤法。2015年5月东峰煤矿3G02工作面正式回采，轨道顺槽采用柔模混凝土沿空留巷技术，截至2017年4月，3G02工作面回采结束，3G02轨道顺槽共留巷615 m。3G02工作面为晋城地区首个综采放顶煤沿空留巷工作面，为深入研究沿空留巷变形规律，待3G02轨道顺槽沿空留巷施工结束2 a后，2019年5月正式复用沿空留巷，3G02轨道顺槽作为3G01工作面回风顺槽进行复用，如图1所示。

图1 沿空留巷平面示意Fig.1 Plane of gob-side entry

1 矿压测站布置

为加强沿空留巷矿压观测，在3G01工作面回采期间，分别设置有顶板离层仪、顶底板位移量、锚杆锚索测力计、墙体压力枕等矿压观测设备。

1.1 顶板离层传感器

采用在线顶板离层监测设备进行监测，数据实时传输。回风顺槽750 m处为基点安装第1台顶板离层仪传感器，之后沿回风顺槽每隔50 m安装1台顶板离层仪传感器，安装至100 m处，共14台。安装位置见表1。

表1 顶板离层传感器安装位置Table 1 Installation location of roof separation sensor

1.2 顶板应力传感器

为观测沿空留巷复用期间顶板压力变化，每50 m布置1个顶板应力传感器，同时每30 m布置1组锚杆锚索测力计，1组3个，分别为煤帮侧锚杆测力计、顶板锚杆测力计、顶板锚索测力计。

1.3 顶底板位移量监测点

3G01回风顺槽每50 m布置1组顶底板位移量观测站，750 m处为第一组，之后沿回风顺槽每隔50 m安装1台顶板离层仪传感器，安装至100 m处，共14组。

2 矿压变形规律

2.1 概况

2019年5月3G01工作面正式进行回采，5月28日3G01回风顺槽推进至留巷段，标志着沿空留巷二次回采工作的正式开展。截止2020年3月底，3G01回风顺槽沿空留巷段回采结束，回采过程中沿空留巷出现顶板下沉、底鼓、帮鼓等不同程度的变形。

2.2 顶底板变形规律

图2 、图3、图4分别为650、600、550 m测点的顶底板位移量曲线。图5、图6、图7分别为450、400、350 m三处测点的顶底板位移量曲线。

图2 650 m顶底板位移量曲线Fig.5 Displacement curve of roof and floor at 650 m

图3 600 m顶底板位移量曲线Fig.3 Displacement curve of roof and floor at 600 m

图4 550 m顶底板位移量曲线Fig.4 Displacement curve of roof and floor at 550 m

图5 450 m顶底板位移量曲线Fig.5 Displacement curve of roof and floor at 450 m

图6 600 m顶底板位移量曲线Fig.6 Displacement curve of roof and floor at 400 m

图7 550 m顶底板位移量曲线Fig.7 Displacement curve of roof and floor at 350 m

由图2、图3、图4可以看出，沿空留巷在推进前200 m时，顶底板位移量变形主要表现在超前20 m范围之内，超前20～5 m顶底板变形量出现不同程度的减小，变形量在10～30 cm，且随推进长度的增加，变形量增加。超前5～0 m为压力较大区域，随推进顶底板变形量急剧减小，变化量在12～30 cm。根据现场其它测点数据分析可知，变形量规律均与图4～图6相似，总变形量在10～50 cm，平均变形量为18 cm。

由图5、图6、图7看出，沿空留巷在推进300～450 m时，顶底板位移量变形范围较推进前200 m时明显增加，主要表现在超前50 m范围之内，超前50 m范围内，随工作面推进，会出现3～4个变化节点，距煤壁30～0 m时，顶底板位移量变化至较大。根据现场其它测点数据可知，沿空留巷在推进200～500 m时，总变形量在40～90 cm，平均变形量为50 cm，较沿空留巷推进前200 m明显增加。

2.3 顶帮锚杆（索）压力分析

图8 、图9、图10分别为700、640、580 m三处测点的锚杆锚索压力曲线图。700 m处帮锚杆和顶板锚索压力在距煤壁17 m处和9 m处分别增大。帮锚杆压力增大10 MPa，顶锚索压力增大16 MPa，顶锚杆压力无变化。640 m处帮锚杆压力在距煤壁21～0 m时逐渐增大，变化值为18 MPa，顶板锚杆和锚索压力基本无变化。580 m处与640 m处相似，帮锚杆压力在20～0 m共增加17 MPa，顶板锚杆锚索压力基本无变化。

图8 700 m锚杆锚索压力曲线Fig.8 700 m anchor bolt cable pressure curve

图9 640 m锚杆锚索压力曲线Fig.9 640 m anchor bolt cable pressure curve

图10 580 m锚杆锚索压力曲线Fig.10 580 m anchor bolt cable pressure curve

图11 、图12、图13分别为450、420、360 m三处测点的锚杆锚索压力曲线。450 m处帮锚杆压力在距煤壁33、21、18 m时存在3个增大的节点，共增加24 MPa，顶锚索压力在距煤壁21 m时增加20 MPa，随后维持不变，顶锚杆压力无变化。420 m处帮锚杆压力在距煤壁39、18、9 m时存在3个增大的节点，共增加23 MPa，顶板锚索在距煤壁14 m时缓慢增大，共增加5 MPa，顶锚杆无明显变化。360 m处帮锚杆压力在距煤壁52 m时开始增加，距46～0 m时增加速度减缓，共增加19 MPa，顶板锚索压力在距煤壁27 m时开始增加，共增加10 MPa，顶板锚杆压力无明显变化。

图11 450m锚杆锚索压力曲线Fig.11 Pressure curve of 450 m bolt and anchor cable

图12 420m锚杆锚索压力曲线Fig.12 Pressure curve of 420 m bolt and anchor cable

图13 360 m锚杆锚索压力曲线Fig.13 Pressure curve of 360 m bolt and anchor cable

2.4 矿压规律分析

沿空留巷回采期间，顶板离层仪均未发生明显离层，结合顶底板位移量各测点数据可知，顶底板位移量变化主要以底鼓为主，局部靠墙体侧有顶板下沉的现象，下沉量在0～10 cm。在推进前200 m时，底鼓量较小，平均底鼓量不足20 cm，且距煤壁20 m左右时方才显现，在推进300～450 m时，矿压显现最为明显，底鼓量较大，平均底鼓量在50 cm左右。根据锚杆锚索压力各测点数据亦可验证上述猜想，推进过程中帮锚杆压力先增加，与现场超前范围内出现不同程度的帮鼓现象相对应，且在推进300～450 m段时，帮锚杆压力和顶锚索压力在距煤壁40 m左右时开始增加，较推进前200 m时压力影响区域增大。因此沿空留巷回采时需加强帮锚杆防护措施。