巷道的矿山压力规律和控制效果分析.doc

巷道的矿山压力规律和控制效果分析
巷道的矿山压力规律和控制效果分析

李伟，王玉和，程久龙，木灾害防治重点实验室，山东大学科学教研室，中国山东青岛266510;2。新泰271200，中国新汶矿业集团

摘要：通过分析负550水平的西部主要运输巷道的顶板岩石结构和岩层厚度，提出钙质岩石的稳定性是矿山安全开采的前提。根据不同的顶板条件和主要运输巷道保安矿柱的大小，将采用不同的支护方式来增加岩层的稳定性。通过研究由于煤矿采掘工作面完全机械化而引起的主要运输巷道围岩的动压的影响规则和影响范围，提出了保安矿柱的尺寸是影响围岩是否变形扭曲的关键。科学依据决定了合理的保安矿柱的尺寸，在不同的围岩条件下选择合理的支护方案和加固措施。

关键词：矿山压力的规律性、横跨运输巷道、控制效果

导言：
谢庄煤矿的负500水平的西部主要运输巷道承担了西部运输矿石，废石，材料，人员和通风等重任。根据计划产量要求，在这个级别将有3-4矿区的41112W机械化采掘面穿过负550水平的西部主要运输巷道。因为这个煤区面积是836米，横跨主要运输巷道的保安矿柱的尺寸变化范围是10到46米，这里地质条件复杂且一直在变化之中。横跨运输巷道的困难将大大增加。为了减少动压的破坏和411112W矿区工作面对负550水平西部主要运输巷道的影响，保证负550水平西部主要运输巷道的使用和运输的安全，必须设计好对负550水皮主要运输巷道的支护方案。可以根据影响程度不同采取不同的加固措施。在工作范围横跨负550水平西部主要运输巷道，设定地点来观察和研究时间和空间的关系，还有影响规则，及时掌握巷道围岩的动态变化，分析控制效果以确保矿山运输巷道的安全。
1.环境概述
1.1 41112W工作面的基本情况
41112W工作面是第11层煤层3-4煤区西翼的第一个开采面。工作面走向的平均长度是549米，南北倾斜宽度是47到212米，平均108米.倾斜面积58320平方米。在工作面范围内的表面高度是+153.83米。煤层的平均埋藏深度是643.0米。
1.2负550水平西部主要运输巷道的基本情况
负550水平的西部主要运输巷道是矿井西翼的主要运输大巷。该模式的支护是用喷锚
网的综合支护。这种运输巷道能允许的煤区影响范围是负850内部横向轨道斜井段和3-4区的西部边界。
1.3负550水平西部主要运输巷道和工作面的相对位置
负550水平位于第11层煤层的顶部到第13层煤层之间。部分横跨过了41112W工作面，从第11层煤层的顶部到第13层煤层。横跨运输巷道的最小保安矿柱是10米。
2 .采掘横跨巷道之前进行估计失真的分析和加固设计
根据地质条件和生产的实际情况，经过分析研究，决定在开采之前采用以下的方法进行加固。
（1）I区（西46到西50之前的12米区域，长255米）
西46到西48北12米（长度105米），煤区开采工作面在运输巷道保安矿柱的安全带以外（55到90米）,破坏影响较小，不需要进行修复。
西48北12米到西50前12米（长度105米）损害比较严重。在开采之前需要进行加固并连接活锚杆。活锚杆的尺寸是Φ22mm×2200mm.这种模式就是锚固，这种锚固的长度最少不小于700mm.采用的活锚杆之间的行距是1000mm×1000mm.每个区域都用5个活锚杆。
西50前12米。这里是工作面主要运输巷道经过的地方，受损害最严重。因此，西50被20处到西50前20处的32M范围内，不仅需要采用活锚杆，还需要用拱形梁来进行支架加固，根据规定，1米的空间里要用32跟梁。
（2） Ⅱ区域（西50前12到西51，长度98米）
位于41112W工作面底部，受损害比较严重，需要在对矿区开采前使用活锚杆进行支架加固。
西50前12到西50前37米，长度25米，除了需要使用活锚杆进行支架加固之外，需要用拱形梁对支架进行加固，根据规定，1米的空间内要用25跟梁。
（3） Ⅲ区域（西51到西60区，长度483米）
通过计算，这个区域受损害比较严重。但是负550水平西部运输巷道到工作面的距离是40.7到46.7米。虽然运输巷道顶板的岩石是钙质岩，钙质岩比较坚固，不需要加固。在开采时，设置地点进行观察岩层控制，通过观察数据结果，来注定并采用与此相对应的方法。当开采工作面趋于稳定后，根据需求进行修复。
3 .分析岩层控制的观察
3.1岩层控制观测计划
（1）观察的方法和内容
用表面位移和螺栓应力来观察研究。表面位移是用来观察顶板到底板的收敛数量，底部凸出的数量和双方位移量，螺栓应力就能够用功率计测量出来。
（2）建立调查站
建立的调查站的地表位移：用“交叉”派驻法，均匀的设立各个测量点，每10米一组。沿着采矿工作面来依次建立表面位移，一直推进到地表。当保安矿柱小于20米的时候，每隔5米建立一组表面位移。
在调查站确立螺栓应力：把锚杆应力功率计分为2组，分别安设在20米保安矿柱和10米保安矿柱的地方。同时地表位移观测站是同步安装在上述地点的。具体调查站设立位置如图1，“交叉”测量点的安排位置如图2

图1：负550m水平西部主要运输巷道建立调查站示意图

图2：负550m水平西部运输巷道地表位移测量点布置图
（3）观察频率
地表位移观测和锚杆应力观测每天进行一次。同时还要准确的测量工作面和测量点之间的距离。
3.2岩层控制观测数据分析
（1）10米保安矿柱观测数据分析
①地表位移
在图3（a）中，在开采工作面60m处，运输巷道顶板和底板的运动速度开始增加。当距离工作面20米处时，其速度达到最大，60mm/d.从距离工作面50m处时，两帮的位移速度开始增加，在煤壁工作面以下时，其速度达到最大，为30mm/d。然后随着掘进，两帮位移速度不断变小，当滞后开采工作面接近50m时，变化逐渐变得很轻微。

图3:10m岩柱表面位移速度和锚杆应力曲线图曲线
②地面的宏观表现
当距离采矿工作面80到100m时，运输巷道的表面覆盖层开始出现裂缝，随着开采工作面的掘进，表面覆盖层开始裂开并脱落。隧道底部严重隆起，开始显现部分被破坏的活锚杆。地面运动表现的很强烈。
③锚杆应力
在图3（b）中，锚杆应力随着开采工作面的掘进逐渐增加，当距离开采工作面5到10米时，锚杆应力增加到最大，22t。当掘进后，锚杆应力减小。损坏活锚杆的现象没有出现。围岩遭受破坏，松散围岩导致锚杆损坏。
（2）20米保安矿柱观测数据分析
① 地表位移
在图4（a）中，围岩的失真速度从距离开采工作面50米处开始增加，当距离开采工作面10处时，其达到了最大，50mm/d。然后随着掘进，围岩的失真速度变小，当滞后开采工作面接近40米时，围岩的失真速度逐渐的趋于稳定。

图4:20m岩柱表面位移速度和锚杆应力曲线图曲线
②地面的宏观表现
当距离开采工作面80到100米的时候，围岩的表面覆盖层开始出现轻微的裂缝。随着开采工作面的掘进，表面覆盖层开始裂开并脱落，隧道底部开始出现隆起，地面运动表现的很强烈。
③ 锚杆应力
在图4(b)中，锚杆应力随着开采工作面的掘进逐渐增加，当距离开采工作面0到5m处，锚杆应力增加到最大，为22t. 当掘进后，锚杆应力减小，主要原因是两帮岩体结构被破坏。锚杆的损坏导致锚杆强度降低。
（3）30米保安矿柱观测数据分析
①地表位移
在图5(a)中，围岩的失真速度从距离开采工作面20米处开始增加，随着掘进，失真的速度有一个更大的波动和涨落变化。当滞后开采工作面接近20米时，围岩的失真速度逐渐的趋于稳定。

图5：在30m和30—46m岩柱断面畸变的速度
②地面的宏观表现
在整个岩层控制观察过程中发现在北部衔接处表面覆盖层有轻微的裂隙，底部开始出现轻微隆起，地面运动表现较小。
（4）30到46米保安矿柱观测数据分析

①地表位移
在图5(b)中，从开采工作面10米到滞后工作面20米的范围时，围岩的失真速度开始增加。最大速度只有2.5mm/d。在其他的范围和时间间隔，围岩的失真速度趋向于一个稳定的状态。
②地面的宏观表现
该隧道北部衔接处的表面覆盖层有轻微的裂隙。还没发现底部有明显隆起的现象。地表运动表现不明显。
3.3横跨运输巷道的矿山压力规律
（1） 横跨运输巷道很容易造成部分冲刺层脱落，影响支护的作用和围岩稳定。
（2） 开采工作面在10到20米范围之前的开采工作面的移动速度达到了最大值。两帮的移动速度分别在煤壁的底部和周围的范围达到最大。
（3） 在相同的地质条件下，保安矿柱的尺寸大小是横跨运输巷道是否受掘进影响的关键。
① 30到46米保安矿柱受影响十分轻微。
② 30米保安矿柱受影响相对比较轻微。
③ 20米保安矿柱受影响较严重。
④ 10米保安矿柱受影响最严重。
因此，在横跨运输巷道之前必须对10到20米保安矿柱进行提前加固措施。
4 .主要运输巷道预加固控制效果分析
岩层控制的观察和证明在掘进前对横跨运输巷道进行预加固的科学性，合理性和必要性。这是横跨运输巷道的基础。跨越矿区的围岩变形控制在一定的范围内。这种控制效果良好。
(1)横跨保安矿柱在30到46米时.在掘进前后运输巷道基本上没有发生变形。不需要修复。
(2)横跨保安矿柱在10到20米时，虽然掘进时受到影响比较大，但由于进行了预加固，围岩变形比较小。变形的两帮在200mm到300mm之间，顶板和底板之间的距离在100mm到400mm之间，（主要是底板隆起）。在横跨运输巷道后，只需要简单的维修。
(3)横跨保安矿柱在20到30米时，掘进时的影响最严重。由于动压的作用，围岩出现破裂。由于锚固岩体的恶劣性质，锚杆的刚度将降低。除此之外，支护阻力也将减小。由于采取了加固措施，围岩的歪曲和破坏收到良好的控制。减少运输巷道断面面积，控制在30﹪以内。简单的维修将能满足负550水平的正常使用。
5 .结论

（1）在分析负550水平西部主要运输巷道的岩层结构和岩体厚度，在主要运输巷道中，根据不同区域顶板条件和保安矿柱尺寸大小的不同，将采用不同的加固方案。这为横跨主要运输大巷的成功奠定了基础。
（2）负550水平西部主要运输大巷的钙质岩的稳定岩层，是横跨主要运输巷道的取得成功的基础。合理的预加固方案加强了岩层的稳定性，这保证了横跨主要运输大巷的成功。
（3）负550水平西部主要运输大巷的岩层控制结果表明：横跨运输巷道区域的顶板和底板移动的数量，两帮的限制变形数量都被控制在了允许的设计范围内，它保证了41112W开采工作面的安全掘进和负550水平西部主要运输巷道的正常使用。横跨主要运输巷道的工作取得了圆满成功。
（4）横跨主要运输大巷中围岩变形的规则表明运输巷道中安全矿柱的尺寸是影响围岩变形的关键因素。当横跨运输巷道，保安矿柱尺寸大于30米时或相似的情况下，掘进的影响较小。当横跨运输巷道，保安矿柱小于30米时，掘进的影响将逐渐随着保安矿柱尺寸的减小而加剧。对应的，可以采取不同的预加固措施。10到20米的保安矿柱，围岩因为动压的破坏作用而破碎。对劣质的岩体，需要在安装活锚杆的前提下用拱形金属雨篷辅助支护来进行预加固。
（5）通过观察矿山地压表明：在拱门的顶部，北部衔接处和隧道的北面的隧道破坏比较严重。因此，当加固隧道时，最好采用不对称支护结构，对损坏严重的部分加强支护。这种控制效果较好。

参考资料

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