深部岩巷采动矿压监测研究

漆寒冬

（新汶矿业集团有限公司华丰煤矿，山东泰安 271416）

0.引言

华丰煤矿-1180西岩巷埋深约1300m，位于2316工作面侧下方，当2613工作面开采线持续推进时，工作面两侧的侧向支承压力和超前支承压力会逐渐增大，水平荷载将会降低，-1180西岩巷的围岩应力场会产生变化，巷道在采掘扰动影响下逐渐变形破坏。为了分析2613工作面推进过程中对-1180西岩巷的采动影响规律，在西岩巷布置4个监测断面，分别开展围岩钻孔应力监测、锚杆/锚索等支护体承载力监测以及巷道变形监测3部分，以揭示深部岩巷采掘扰动围岩破坏机理。

1.-1180西岩巷采掘扰动监测设计

1.1 监测目的

（1）通过钻孔应力监测可以得出围岩钻孔应力变化曲线，结合工作面开采线的现位置及推进速度可以得出巷道围岩钻孔应力随开采线推进时的变化曲线[1]。

（2）通过巷道现有支护体（锚杆/索）承载力的监测可以得出锚杆、锚索承载力随时间的变化曲线，结合工作面开采线的现位置及推进速度可以得出巷道现有支护体随开采线推进时的变化曲线。

（3）通过巷道变形监测可以得出巷道不同位置的围岩变形曲线，结合工作面开采线的现位置及推进速度可以得出巷道变形随开采线推进时的变化曲线。

1.2 监测仪器及监测内容

1.2.1 监测仪器

监测采用仪器购置于山东某公司，系统在地面设置监测服务器，在井下需要进行监测巷道中根据现场具体需要安设监测设备，井上、井下之间通过工业以太网（光纤或电话线）相连接。井下监测巷道中监测设备采用无线传输，监测子站与监测设备之间进行无线传输，监测子站通过通信电缆连接进入井下数据采集分站，数据采集分站接入矿上现有环网交换机接口进行数据上传。

1.2.2 监测内容

（1）围岩钻孔应力监测。围岩钻孔应力监测所用仪器包括单通道钻孔应力计、双通道钻孔应力计和钻孔应力传感器3种，钻孔应力传感器通过三通阀与钻孔应力计相连接。钻孔应力计采用的是应变测量技术，用来测量煤岩体的载荷应力，将钻孔周围的煤岩体破坏变形产生的应力变化传递到应变体上并转换成电流信号，经电路转换成数字信号输出到监测子站。钻孔应力传感器内有电池，可以长期连续监测[2]。

（2）围岩现有支护体（锚杆、锚索）承载力监测。围岩现有支护体（锚杆、锚索）应力监测所用仪器是锚杆/索应力传感器，锚杆/索应力传感器是通过测定液压枕油压的变化来输出锚杆、锚索端部所承受的载荷，可进行井下锚杆/索应力的连续监测和记录并将监测数据传输到监测子站。

巷道变形监测所用仪器为激光测距仪和围岩移动传感器。监测仪器安装后采用通讯系统将所有传感器激活并连通，形成自动数据备份与采集系统。

1.3 测点位置及仪器布置设计

现场监测断面从2613下二石门与-1180西岩巷交岔口处向2613下一石门方向每隔50m布置一个监测点，如图1所示，A、B、C、D四个监测点距2613下二石门的距离分别为200m、150m、100m、50m。

图1 监测点分布图

监测点A、B、C、D都位于-1180西岩巷中，A、C2个测点所布设的仪器相同，B、D 2个测点所布设的仪器相同。A、C两测点安装有4个单孔单通道钻孔应力计、2个单孔双通道钻孔应力计、2个锚索应力传感器、2个激光测距仪和一个围岩移动传感器。B、D两测点安装有4个单孔单通道钻孔应力计、2个单孔双通道钻孔应力计、2个锚索应力传感器、6个锚杆应力传感器和2个激光测距仪。

2.采动监测数据分析

2.1 围岩钻孔应力监测数据分析

以B点为代表，根据工作面开采线推进速度，绘制围岩钻孔应力随时间增长的变化曲线，如图2、图3所示，并标出开采线与巷道监测点的距离，图中负值为开采线推进至测点后方。

图2 B测点3m深孔围岩钻孔应力变化图

从B监测点钻孔应力图可以看出，监测初期工作面开采线距监测点75m，此时监测点受采掘扰动影响不是很明显，只有少数测点有变化。当开采线推进至距测点50m位置处时采掘扰动影响开始显现，3m深位置的巷道围岩两帮钻孔应力呈下降趋势，拱顶处水平应力和垂直应力也在逐渐减小；6m深位置的巷道围岩两帮钻孔应力呈现出先上升后下降的趋势，拱顶处水平应力则呈现下降的趋势，拱顶处垂直应力呈现出先增大后减小的趋势；当工作面开采线推进至测点后方50m位置处时采掘扰动影响逐渐变小，围岩钻孔应力逐渐趋于稳定，如图3所示。

图3 B测点6m深孔围岩钻孔应力变化图

2.2 采动监测数据综合分析

选取工作面开采线推进过程中受采掘扰动影响比较完整的B测点拱顶及右帮围岩钻孔应力、锚杆/索应力及围岩变形情况进行综合分析，如图4、图5所示。

图4 3m深点围岩钻孔应力与锚杆应力综合分析

图5 6m深点围岩钻孔应力与锚杆应力综合分析

巷道在采掘扰动影响下3m深处围岩钻孔应力在不断下降，巷道表面6m位置处围岩应力呈现出先增大后减小的趋势，巷道围岩在采掘扰动影响下碎裂区不断增大，围岩应力峰值逐渐向外转移。巷道在采掘扰动影响下浅部围岩因为承受不住较大应力而通过变形来释放应力，浅部围岩不断变形破碎，围岩碎胀变形的直接影响就是围岩中碎胀压力的不断增大，从而导致作用在巷道支护结构上的载荷也在逐渐增大，锚杆和锚索的应力都在采掘扰动影响下逐渐增大。当锚杆和锚索承受载荷超过其极限承载力后巷道支护结构破坏，巷道变形也随之增大。巷道变形量随着锚杆锚索应力的增大而逐渐增大，当锚杆锚索被拉断或锚固端失效时巷道支护结构将不能再对巷道支护起到作用，巷道破坏加剧。根据工作面开采线距监测点距离不同时巷道受不同采动应力的影响，可以清楚地划分出3个阶段：弱扰动阶段、扰动增强阶段和扰动减弱阶段。

3.主要结论

（1）-1180西岩巷受到较为强烈的采掘扰动影响，巷道表现为表面产生位移、围岩垂直应力先升高后降低、围岩水平应力降低、围岩应力峰值向外移动、围岩塑性区逐渐增大及支护体承受载荷增大，工作面开采线距巷道监测断面距离不同时，矿压在巷道内显现的程度也有较大差异[3]。

（2）当受深部采掘扰动时，深部围岩受超前压力影响垂直应力增大致使浅部围岩碎裂区不断扩大，巷道垂直应力释放区逐渐向外发展并不断朝平行于煤层方向发展，围岩承载范围变大导致围岩迅速破坏，承载力不断降低；水平应力在围岩体内受采动影响不断沿着煤层倾角方向释放，巷道两帮和顶板水平应力减少量较大。巷道围岩承载力随着应力释放区增大而减小，使巷道受到拉压剪破坏而变形失稳。

（3）采掘扰动影响所产生的动压，使围岩体内最大主应力逐渐增大，最小主应力逐渐减小，围岩的主应力差逐渐增大，最大主应力超过围岩强度极限时，巷道围岩破坏导致强度降低，最大主应力差峰值向围岩深处转移，巷道围岩破碎区逐渐增大，巷道出现变形失稳破坏。