特厚煤层孤岛工作面巷道矿压监测设计

张骏义 孙 邈

（晋能控股煤业集团同忻煤矿，山西 大同 037001）

1 工作面概况

同忻矿8102 工作面设计走向长1 516.5 m，可采走向长1 399.5 m，煤层厚18.08 m，其中机采高度3.9 m，顶煤厚度14.18 m，采放比1:3.6，煤层平均倾角1°。8102 工作面两侧煤柱均为6 m，均为采空区。为保证8102工作面回采巷道掘进施工安全，研究特厚煤层放顶煤开采下的两巷围岩矿压规律，设计对2102 巷和5102 巷进行现场跟踪矿压观测。

2 矿压观测设计分析

2.1 矿压观测内容及相应仪器

（1）观测内容。在井下现场需要观测的主要指标就是矿压变化，包括巷道掘进期间以及正常采煤过程，这期间动压变化大，围岩压力处于不稳定状态。具体内容包括：巷道四周岩面位移量、围岩破碎深度、顶板离层厚度、锚杆和锚索受拉力情况[1]。

（2）观测仪器。根据本项目观测内容，选取表1 所示相关设备和仪器。

表1 观测仪器

2.2 测站、测线布置设计

（1）测站布置设计。根据2102 巷、5102 巷位置以及其与上覆煤层采空区之间的对照关系，将测站分为三个部分：① 第一部分位于相邻采空区停采线附近，为了观测从实体煤进入沿空阶段时巷道压力变化；② 第二部分位于回采巷道中部对应上覆煤层区段煤柱与采空区交界位置，为了观测上覆采空区影响及正常回采阶段巷道压力变化；③ 第三部分距离开切眼较近，为了观测上层实体煤及回采初期阶段的巷道压力变化[2]。

根据上述观测原则，分别在2102 巷、5102 巷道内设置A、B 和C 三个测站，具体位置见表2。

表2 测站位置设计

（2）测线布置设计。为了防止监测过程受外界影响而被打断或数据失效，每个测站位置设计3个测线，间距30 m。下面以2102 巷A 测站为例，该测站的3 个测线安装仪器的类型和位置如图1（其他测站的测线安装与其基本一致）[3]。

图1 测站各类仪器位置结构图

3 矿压观测方案设计

3.1 巷道表面位移观测方法设计

（1）测量设置。利用“固定木桩法”测定巷道表面位移情况，四个基点分别布置在巷道上、下、左、右围岩的中间位置，在一个竖直断面上（图2）。4 个木桩基点设置完成后，立即使用塔尺测量OA、OD、OB、OC 初读数，同时将测量数据准确地填写在观测表上[4]。

图2 四个木桩基点位置及尺寸说明（m）

（2）观测频度及要求。① 本项目要求测站内各个测线每天观测一次OA、OD、OB、OC 数据，直到巷道围岩变形稳定；② 根据观测数据绘制巷道表面收敛曲线图，若出现突然增大现象应及时查明原因并做好应对准备。

3.2 围岩位移状态观测方法设计

（1）测站测线测点布置。为了观测不同深度下围岩位移情况，在同一个观测孔中，深部、中部、

浅部各布设3 个测点。因观测孔位置不同，其深测点深度也不同，具体设计如下：① 顶板的深基点距孔口7 m（每隔1 m 安装一个测点）；② 实体煤侧的深基点距孔口12 m（每隔1 m 安装一个测点）；③ 小煤柱侧中的深基点距孔口5 m（每隔0.5 m 安装一个测点），安装结构如图3[5]。

图3 巷道围岩位移观测设计（m）

（2）观测频度及要求。① 根据观测目标，使用围岩多点位移计测量各测点刻度筒读数，并将各测点的刻度1、2、3……10 的读数分别记录下来；② 掘进头附近（不大于50 m）的测站是重点观测对象，每班观测记录一次，其他测站一天一次[6]。

3.3 顶板离层动态观测设计

（1）测站测线测点布置。在2102 巷及5102巷中，顶板离层仪安装在巷道中心线位置，安装间隔50 m，深基点要确保在8 m 深度，浅基点2.5 m深度，安装结构如图4[7]。

图4 顶板离层观测安装图

（2）观测频度及要求。① 相关仪器安装应及时、快速，待顶板暴露即安装。根据观测目标，测量长短刻度筒读数并记录；② 掘进头附近（不大于50 m）的测站每班观测记录一次，其他测站一天一次。

3.4 锚杆锚索动载拉力测试方法

（1）测站测线测点布置。锚杆、锚索受力观测设置三个测站，A、B 测站分别设置三条测线，C测站设置一条。其中A、B 两个测站安装9 个锚杆和4 个锚索拉力计，C 测站安装9 个锚杆和2 个锚索拉力计。

（2）观测频度及要求。① 拉力计安装应及时、快速，待顶板暴露即安装。根据观测目标，测量长短刻度筒读数并记录；② 掘进头附近（不大于50 m）的测站每班观测记录一次，其他测站一天一次。

3.5 监测结果分析

3.5.1 巷道围岩变形监测结果分析

2102 巷两帮移近量及变形速率如图5（左）所示。由图可知：（1）随着距离煤壁越来越远，两帮移近量和变形速率均在显著减小。在距离煤壁30 m范围内，移近量值由360 mm 降低至95 mm，变形速率由80 mm/d 降低至25 mm/d。（2）距离煤壁超过30 m 后，巷道支护结构已经完备，此时两帮移近量由95 mm 缓慢降至80 mm，最后逐渐趋近于0，变形速率由25 mm/d 逐渐趋近于0，变化过程平缓。

图5 2102 巷两帮（上）和顶底板（下）移近量及变形速率监测曲线

2102 巷顶底板移近量及变形速率如图5（右）所示。由图可知：（1）顶底板移近量和变形速率整个趋势与两帮基本一致，也是以距离煤壁30 m为分界点，前后发生显著变化。（2）顶底板变形速率较两帮值显著增大，最高值达到160 mm/d，然后快速降至80 mm/d。

3.5.2 巷道顶板离层监测结果分析

2102 巷顶板离层监测曲线如图6 所示。由图可知：（1）不管是锚固区内还是区外，顶板离层值均随着距离煤壁值增大而减小，前30 m 变化速率较大，之后缓慢减小。（2）在锚固区之外，顶板离层最大值达到68 mm，在锚固区内离层最大值约为38 mm，且距煤壁超过30 m 后基本就不再离层。因离层超过20 mm 就会有冒顶风险，所以需要适当加大锚杆密度，防止频繁出现冒顶事故。

图6 2102 巷顶板离层监测曲线

4 结语

为强化8102 孤岛工作面的安全开采，制定了完善、详细的矿压监测计划。通过观察矿压监测数据的变化，预判其发展形态，为后续的加强支护或改善支护参数提供了可靠依据。