沿空留巷隔离墙体支承压力现场实测研究

摘 要：桑树坪11号煤层首采工作面采用无煤柱式沿空留巷方式，巷旁采用砌筑混凝土墙体形式，文章针对混凝土墙体内部支承压力随着采煤工作面推进的演化关系开展了现场实测技术研究，其研究成果对后续类似工程的顺利实施起到了借鉴作用。

关键词：沿空留巷；支承压力；现场实测；巷旁支护

1 工作面概况

桑树坪3105综采工作面为11号煤层首采面，采用无煤柱沿空留巷方式，地面位于神洞子向北500m、水草塔东南130m处，地面地貌为山峁沟谷地貌，地面高程+671～+772m。盖山厚度400～530m。3105工作面井下位于南一采区上山370中巷以西，南一280专回以东，南一采区上山系统巷道以南100～180m位置。3212Ⅱ期轨道巷向北平距30m为工作面进风巷，向北平距210m为工作面运输巷，工作面设计宽度180m，仰斜上山开采，煤层平均厚度约3m，平均采深450m。

巷道断面，采用13.8m2（净4.6m宽×3.0m高）矩形断面。支护形式：全断面锚网带支护。顶部采用φ20×2400mm等强螺纹钢锚杆配合钢带、冷拔丝网支护，每排六根矩形布置，每排第一、二根，五、六根锚杆间距700mm，剩余锚杆间距900mm，排距均为1000mm，顶部钢带长4.4m，六孔；帮部采用锚网带配合笆片支护，锚杆为φ22×2000mm自攻固锚杆，矩形布置、每排四根，间排距900mm×1000mm，帮部钢带长3.0m，三孔、孔间距900mm。顶部冷拔丝网规格900mm×2300mm，帮部冷拔丝网规格900mm×3000mm。φ17.8×6200mm钢绞线锚索进行补强支护，锚索间、排距1500mm×1900mm。沿空留巷采用保留工作面轨道巷的形式，开采一侧采用浇注混凝土墙的形式，混凝土墙高3.0m，宽3.0m，紧随工作面开采砌筑该混凝土墙，混凝土强度采用C50素混凝土。

2 支承压力监测设备及钻孔布置

2.1 监测设备

支承压力监测设备采用XL-YSYLJ型振弦式岩石应力计用于测量弹性岩体中应力变化，应力计包括可紧嵌入岩石钻孔内的高强度刚性探测环。该仪器由三部分组成，即圆柱形高强度刚性探测环，钢楔子和压板。仪器置放到位后，用钢丝绳拉钢楔子，使孔壁，压板，楔子及探测环之间紧密接触，使探测环能受到孔壁传来的压力。该仪器可得出仪器受力后振弦的频率值，仪器所处的温度等。

2.2 钻孔布置

为了获得沿空留巷混凝土墙体在煤层开采前、后的支承压力，对韩城矿务局桑树坪矿11号煤层3105工作面轨道巷进行煤体受采动影响前后的现场观测工作，本次用于测试岩体采动影响特征的观测方法采用底板钻孔应力计法。

在3105工作面接近钻场时布置1个钻孔监测断面，每个断面在所砌筑的墙体内部布设2个钻孔应力计，编号为14号钻孔和15号钻孔。

2.3 支承压力实测成果

现场打孔设备准备时间为2014年9月1日～2014年9月6日，现场设备安装及测试时间从2014年9月7日开始，至2014年10月底结束，历时达两个月之久。

3 实测结果分析

随着工作面开采，为了节约成本，留设无煤柱式的沿空留巷，即将3105工作面运输巷道经采后保留当做沿空留巷巷道使用，一侧是已支护的巷道煤壁，另一侧是人工砌筑而成的混凝土墙，共同构成沿空留巷，为了研究采后顶板变化对底板采动的影响，本次支承压力测点考虑现场实际设备安装情况，将支承压力监测传感器布置在混凝土墙顶部与顶板岩层相互衔接处，在混凝土墙充填混凝土并施加一定压力后，测得初始应力值。现场共布置了一组煤柱支承压力监控区，该测区布置了3个钻孔应力传感器，距巷帮距离分别为1.0m、1.5m、2.0m，所采用的振弦式应力传感器设备具有稳定性好、可靠性高等优点，所得数据可反映出煤体支承压力随着工作面开采的变化规律，并为底板采动破坏深度提供理论数据和依据。

回采11号煤的3105工作面设计宽度180m，仰斜上山开采，由开切眼向轨道巷检测段400～500m处推进，据现场实际情况测试段进行了现场钻孔、取岩芯样本，按照钻孔设备，对测试段采用护帮管，护帮管距离传感器应保持半米以上距离，否则将影响观察结果的真实性，在工作面距离试验孔约80m时开始测试，倾向支承压力（即煤柱支承压力）传感器编号14号、15号和16号，由于16号测点在混凝土墙充填过程中将传感器与测量路挤压过大，使得后期测量数据未采集到，而15号测点虽然数据已全部采集到，但是在混凝土墙充填过程中使得传感器出现倾斜，所测得数据并未反映出顶板垂直应力变化规律，数据变化较平缓（图2）。故此本次数据分析以测点14号孔混凝土墙顶部支承压力实测数据分析为例，见图3所示，图中曲线反映了混凝土墙顶部支承压力随工作面推进以及顶板活动的变化规律。测点14号钻孔的应力变化情况如下：

混凝土墙中部（1.5m深）的14号测点对应的数值应为采空区边缘的混凝土墙顶部垂直应力状态变化规律，即混凝土墙顶部支承压力。图3中的测点14号孔实测混凝土墙顶部支承压力随煤层开采变化曲线，从2014年10月3日现场钻窝对面的混凝土墙未砌筑前准备-护壁套管绑定-传感器放置-混凝土墙充填并施压-传感器施加预应力-传感器设备调试-读取首次数值，14号钻孔应力传感器的设备编号为“19458”，该设备经由安装杆所施加预应力的读数2546με，所对应的压强值达到2.22MPa，此时3105工作面距离14号钻孔应力传感器测点距离为5.4m（采后设备安装）将10月3日测得的2.22MPa作为初始支承压力值（支承压力系数k=1）；2014年10月4日，当采面推至14号测点9.9m时，压力增加至2.49MPa，而后至10月11日，支承压力在2.74～2.91MPa变化；从10月11日起，支承压力再次增加，表明顶板压力因受到顶板来压的作用采空区进一步压实所致，才使得支承压力曲线升高，到10月15日，该曲线才趋于平稳变化，此时工作面距14号测点33.5m；到10月17日，曲线应力稍有下降，这主要是靠近测点处的混凝土墙顶板发生了折断，现场生产人员听到岩梁折断的声音后，于10月16日下井观测发现支承压力值降了0.16MPa，直至10月19日监测数据基本上趋于稳定，不再发生变化，工作面已推过14号测点40m，此时混凝土墙顶部应力基本稳定，说明顶板岩层运动已经稳定并沉降到压实采空区的冒落矸石，底板矸石压实应力将不再增加，底板采动破坏深度亦应不再继续向深部延伸，基本上应保持在工作面距测点33.5m时的深度范围。

4 结束语

随着工作面开采，为了节约成本，留设无煤柱式的沿空留巷，即将3105工作面运输巷道经采后保留当做沿空留巷巷道使用，一侧是已支护的巷道煤壁，另一侧是人工砌筑而成的柔模墙，共同构成沿空留巷，将支承压力监测传感器布置在柔模墙顶部与顶板岩层相互衔接处，现场共布置了一组柔模墙体支承压力监控区，该测区布置14号、15号的2个钻孔应力传感器，其中柔模墙中部（1.5m深）的14号测点对应的数值应为采空区边缘的柔模墙顶部垂直应力状态变化规律，即柔模墙顶部支承压力，现场钻窝对面的柔模墙未砌筑前准备-护壁套管绑定-传感器放置-柔模墙充填并施压-传感器施加预应力-传感器设备调试-读取首次数值，当工作面推过14号测点40m，此时柔模墙顶部应力基本稳定，说明顶板岩层运动已经稳定并沉降到压实采空区的冒落矸石，底板矸石压实应力将不再增加。

参考文献

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作者简介：杨小刚（1978-），男，甘肃甘谷人，汉族，工程师，主要从事煤田地质与水文地质方面研究。