煤矿井下矿压规律观测与支护效果分析

【摘 要】 在某矿风井区巷道掘进过程中，进行了巷道煤壁松动圈测试、锚杆受力载荷测试、巷道表面变形、深基点变形规律研究，锚杆（索）锚固力、顶板离层测试等工作。观测结果对于完善和优化巷道的支护参数具有指导意义，有力地指导了现场实践。

【关键词】 煤矿开采 矿山压力 松动圈测试 巷道支护

现场观测试验研究是研究确定支护方式，检查支护效果，判断煤巷稳定性，保证安全生产的手段，是支护设计方法的重要组成部分。通过监测可以验证设计的正确性，检验支护质量，为修改设计提供科学依据；全面检查锚网巷道的支护工作状态；监控巷道所受的采动影响，掌握其围岩变化规律；确定巷道稳定性程度，及时采取措施；检测施工质量和检验锚杆支护设计参数的合理性；确保巷道锚网支护实现安全、优质、经济、合理等。测站布置如图1所示。

1 巷道煤帮松动圈测试

煤体松动圈测试采用中国矿业大学生产的超声波无损检测分析仪，通过对煤体声波参数的测试，可以对煤体的力学性质变化进行分析，判断煤体塑性破坏情况。松动圈测试采用一发一收的单孔测试传感器，发射与接收装置之间的距离为200mm。煤体松动圈测试测站选择布置在1192运输巷距西翼运输大巷30m位置，顶板为9#煤层，松动圈测试布置2个测站，设站时测站距掘进头25m和35m。每个测站布置2个点，分别在巷道的两帮腰线位置。钻孔方位基本与巷道垂直，钻头直径42mm，孔深在4m。

图2和图3为1192运输巷右帮Ⅰ-1、Ⅱ—1测孔的声波测试结果。

根据测孔Ⅰ-1声波速度变化分析，煤体的最高声速为2642m/s，最低声速为706m/s 波速随孔深增加而逐渐增大。在距孔口0.6m范围内波速较小，大于0.6m的区域波速较大，基本稳定在2500m/s。表明距离孔口大于0.6m的区域煤体较完整，没有受到扰动，而小于 0.6m的区域岩体已破坏，初步确定右帮Ⅰ-1孔的松动范围为0.6m。

根据测孔Ⅱ—1声波速度变化分析，煤体的最高声速为3226m/s，最低声速为719m/s 波速随孔深增加而逐渐增大。在距孔口0.7m范围内波速较小，大于0.7m的区域波速较大，基本稳定在2700m/s。表明距离孔口大于0.7m的区域煤体较完整，没有受到扰动，而小于 0.7m的区域岩体已破坏，初步确定右帮Ⅱ-1孔的松动范围为0.7m。

综合以上分析，确定巷道两帮煤体的的松动圈范围为0.6-0.7m。

2 巷道变形规律观测

在1192运料巷、运输巷和切眼分别布置表面位移观测站，采用十字布点法，量测两帮移近量和顶板下沉量，测量巷道的变形规律。

图4为运料巷的表面变形观测结果，两帮移近量为65mm，顶板移近量为75mm。

图5为运输巷的表面变形观测结果观测结果，两帮移近量为66mm，顶板移近量为73mm。

图6为切眼的表面变形观测结果，两帮移近量为55mm，顶板移近量为88mm。

观测结果表明，1192工作面顶板、两帮压力较小，巷道变形较小，矿压显现不明显。

3 锚杆受力载荷测试

锚杆受力载荷测试的测站位置选择在切眼，距运料巷15m处，同一断面上布置10个锚杆受力计。锚杆测力计布置图7所示。

图8、9是3#、4#顶锚杆受力载荷变化情况。3#锚杆安设时载荷为2.5MPa ，开始增长速度较快，到第5天时达到7.4MPa，基本稳定，说明顶板剧烈活动期结束，以后，3#测力计载荷逐渐变化，达到9MPa。4#锚杆安设时载荷为1.3MPa，开始增长速度较快，到第5天时达到5.0MPa，基本稳定，说明顶板剧烈活动期结束，以后，3#测力计载荷逐渐变化，基本稳定在5～6MPa之间。

图10为8#帮锚杆受力载荷变化情况，结果表明，帮锚杆测力计安设后，受力载荷逐渐增加，最后稳定达到5MPa。

锚杆支护进行了预紧力、锚固力检查等日常监测工作，派专人担任锚网监测员，并设监测台帐。现场严格执行预紧力及二次预紧，锚固力检查制度，达不到要求时须及时补打，上予紧力必须使用风动扳手。顶锚杆初始预紧力矩≥80Nm，采用风动扳手二次预紧后力矩≥400Nm；帮锚杆的预紧力矩≥70Nm。

现场抽测结果表明，顶锚杆锚固力大于7KN，帮锚杆锚固力大于4KN，锚索锚固力不小于220KN，满足设计要求。

4 现场支护效果

图11、图12为巷道现场支护状况，可以看出，巷道变形较小，支护状态良好。

5 结语

（1）松动圈测试结果表明：水利耦合单孔测试松动圈，根据测控声波变化图，得出运输巷左右两测孔松动范围0.6和0.7m。

（2）表面位移两帮和顶板的观测结果为：切眼（65mm；88mm），运料巷（65mm，75mm），运输巷（66mm，73mm）。将记录数据的变化规律表示为曲线的形式可以看出两帮压力较小，巷道变形较小，矿压显现不明显。

（3）锚杆拉拔实验显示顶锚杆锚固力大于7KN，帮锚杆锚固力大于4KN，锚索锚固力不小于220KN，满足设计要求。

（4）以上现场观测实验进一步证实了该矿全煤巷道锚杆支护参数是合理的，锚杆有效控制了巷道的变形破坏。