浅埋大采高工作面回采巷道矿压监测技术与方案

刘桂璋 姬 凡 闫鹏佳

（陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000）

回采巷道矿压监测是一套成熟的技术与装备体系，该技术和装备在煤矿中广泛应用。杭来湾煤矿301 盘区30101 工作面在回采时装备了矿压监测设备，对该工作面的正常回采起到了至关重要的作用。30201工作面作为矿井302盘区智能化采煤工作面，根据开采条件、巷道尺寸、支护方式及巷道布置情况等关键影响因素，通过增加相应的监测设备，设立起始阶段的集中监测区及中后阶段的正常回采监测区。该工作面运输机巷及回风巷均具备完成开展回采巷道规律实测的基本要求，在30201 工作面运输机巷及回风巷开展矿压观测是可行的[1-5]。

1 井田概况

井田东西长约12.0 km，南北宽约7.7 km，面积90.36 km2。杭来湾煤矿302 盘区30201 工作面煤层覆存条件稳定，采煤方法合理，顶底板岩性、支护设备及采煤机械的可靠稳定性高。30201 工作面为302 盘区煤层首采工作面，采高7.2 m，工作面宽度330 m，走向长度5857 m，倾角小于1°，平均埋深235 m，属于浅埋薄基岩大采高工作面。覆盖层基岩厚度52.87～234.80 m，由南向北、从西向东埋深逐渐增大，平均递增梯度5.18 m/km。煤层结构简单，局部含1～2 层0.05～0.46 m 泥岩、炭质泥岩（个别粗砂岩）夹矸。

2 巷道支护简介

工作面采用150 台液压支架支护顶板，支架型号为ZY21000/36/75D，额定工作阻力21 000 kN。巷道支护302 盘区回采工作面巷道共布置三条，即工作面带式输送机巷、工作面辅助运输巷、工作面回风巷。工作面巷道采用矩形断面，巷道掘进采用掘锚一体机掘进；大断面巷道支护形式主要采取锚网喷+锚索联合支护方式，顶板破碎地段适当增加锚杆密度、锚索深度、加设钢带等措施加强支护；工作面临时巷道断面较小，多采用锚杆支护，顶板破碎地段采用锚杆加网、钢带及锚索的联合支护。大断面巷道的特征见表1。

表1 302 盘区中央大巷断面特征表

3 矿压监测系统现状

该矿井现已安装一套KJ216 型矿压综合监测系统，在井下30200 综采工作面安装20 台顶板压力分机，在30200 综采工作面进风巷和回风巷分别安装离层传感器和锚杆传感器各40 台，通过工作面的通讯分站和辅助运输大巷的通讯主站将监测数据上传至矿井地面生产调度中心。本次开采设计除利用现有的矿压综合监测系统[6-9]，另新增5 台顶板压力分机、30 台离层传感器和30 台锚杆传感器满足30201综采工作面拓宽延长部分矿压综合监测需求。新增5 台顶板压力分机、30 台离层传感器和30 台锚杆传感器分别安装在30201 综采工作面的拓宽部分和延长部分。

4 巷道矿压监测方案

4.1 监测测站布置

在采煤工作面推进过程中，工作面周边巷道将受到采煤工作的影响发生不同程度扰动，导致巷道周边矿压发生变化。为了寻求杭来湾煤矿302 盘区30201 工作面回采巷道的矿压显现规律，合理地选择支护形式和支护参数，需要开展巷道围岩监测工作。一般要观测巷道围岩移动、支架变形、支架荷载以及巷道锚杆支护监测，包括巷道表面收敛监测、顶板离层监测、锚杆受力监测等情况。本监测方案对杭来湾煤矿30201 工作面回采巷道的回风顺槽和胶带运输顺槽巷道里各设收敛监测断面35 个、锚杆受力监测断面35 个、顶板离层监测断面35 个。其中，工作面推进前500 m 范围内，共布置10 个测站，间距50 m，其余范围内每200 m 布设1 个测站。本次矿压监测设计断面布置如图1。

图1 监测设计断面布置图（m）

4.2 巷道支护监测内容

根据杭来湾煤矿302 盘区巷道围岩强度的实际情况，采取了锚杆（索）、网支护形式。锚杆支护工程需要监测的内容较多，杭来湾煤矿30201 工作面根据现场实际情况重点对回采巷道锚杆（索）、网支护开展以下内容的监测：顶板离层监测、巷道表面收敛变形监测、锚杆受力状态监测、工作面超前支承压力监测。

4.2.1 顶板离层监测

在30201 综采工作面进风巷安设离层传感器40台、锚杆传感器40 台，通过工作面的通讯系统接入工作面监测数据集控中心，实现监测数据的传输和共享。本次开采设计除利用现有的矿压综合监测系统，另新增30 台离层传感器和30 台锚杆传感器满足30201 综采工作面拓宽延长部分矿压综合监测需求。采用顶板离层位移计九点安设方式，在进风巷顶部布置离层位移计2 组，布设位置如图2 所示。第一组测点4 个，间隔为0.4 m，顶部基点深度依次为0.4 m、0.8 m、1.2 m、1.6 m；第二组测点5 个，布置间距为1 m，顶部基点深度分别为2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、6.0 m。

图2 运顺顶板离层位移计的安设（mm）

4.2.2 表面收敛变形监测

表面收敛变形的监测采用三角形布点方式，每组布置5 个测点（顶部3 个、两帮各1 个），如图3 所示。顶部测点固定在锚杆端头部位，帮部测点采用木桩安设在两帮表面。其中木桩固定要求如下：预施工孔径Φ28 mm、孔深380 mm 的监测孔，将长400 mm、直径28 mm 木桩楔入孔中，在木桩端部安装测钉进行监测。

图3 巷道表面收敛量监测测点布置图

监测频率：距离工作面50 m 范围以内，每天观测一次；距离工作面＞50 m 的范围，两天观测一次；位移速度发生突变，则需增加监测频率。最大允许位移值：回采工作面顶板下沉量限值为180 mm，两帮移近量限值为100 mm，当出现表面累计收敛变形量大于限值，则立即停止作业，并采取相应的支护措施。

4.2.3 锚杆受力状态监测

锚杆锚固力预先做拉拔试验，拉拔力须＞90%锚固力。锚杆受力状态监测通常从每300 根锚杆中随机抽取3 根，每根锚杆上面安设测力锚杆。测力锚杆与原有锚杆相类似，但是该锚杆安设特制铁托盘，能够通过传感器读取锚杆受力状态，测力锚杆托盘300 mm×300 mm×12 mm 规格。

监测频率：工作面回采期间，每间隔20 m 设置测力锚杆1 条，对工作面边帮实施长期观测。

4.2.4 工作面超前支承压力监测

现场实测统计杭来湾煤矿30201 回采工作面回风顺槽和运输顺槽超前支架立柱上的压力变化规律。30201 工作面顺槽共安装超前支架2 台，型号：ZQL2×6400/28/53D，每台超前支架4 个立柱，每个立柱上均安装有压力表。根据工作面顺槽超前支架压力实测，得到30201 工作面在两顺槽的超前支承压力峰值位置、峰值系数及影响范围，同时得到实测来压时两顺槽的超前支架压力与非来压时的超前支架压力的区别。

4.3 监测数据的用途

顶板离层监测、巷道表面收敛变形监测、锚杆受力状态监测数据及时汇总形成监测数据表，并绘制矿压监测数据曲线图。根据监测数据表建立预测数模进行分析，查明杭来湾煤矿3 号煤层的来压机理、矿压规律，以及不同来压条件下的巷道围岩变形特征和巷道锚杆支护效果，为巷道有效支护措施的选择提供数据支撑。

工作面超前支承压力监测数据记录了工作面前方支承应力分布曲线，用于分析初次来压的支承压力的规律、周期来压的支承压力峰值及位置。

5 结语

（1）根据302 盘区30201 工作面开采条件、巷道尺寸、支护方式及巷道布置情况等关键影响因素，通过在30201 工作面运输机巷及回风巷增加相应的监测设备，监测结果对于保障工作面安全稳定回采具有重要意义。

（2）通过对监测数据分析，能够有效开展巷道支护效果评价，必要时可对现有支护进行优化。此外，该监测技术可预测工作面初次来压和周期来压覆岩垮落规律，保障安全生产。