专题-深井软岩巷道矿压观测实例分析与研究.doc

1、专题部分 深井软岩巷道矿压观测实例分析与研究朱集矿1111（1）运输顺槽底抽巷矿压观测规律总结1 前言深井软岩巷道的支护问题长期以来就是制约深部矿井安全开采的瓶颈，如何做好深井软岩巷道的矿压观测工作，掌握深井软岩巷道的围岩活动规律对解决深井支护问题具有重要的指导意义。自2010年3月起，中国矿业大学锚杆强化支护课题组，在淮南矿业集团公司朱集矿1111（1）工作面运输顺槽底抽巷进行了长期的矿压观测，此次观测取得了大量原始数据，对该巷道在锚联网、架棚、锚索梁及滞后锚索加强等不同支护条件下的围岩表面收敛、深部岩层位移及巷道围岩破坏分区规律进行了分析研究，研究结果对此类条件下的其他巷道具有指导作用。1

2、.1工程地质概况朱集矿1111（1）工作面运输顺槽底板瓦斯抽排巷设计标高-855m-927m，设计长度1767.6m，开口位于东翼13-1#煤层底板回风大巷（北）内，距HE33点向东16.3m处为底抽巷拨门中施工。拨门后依次按+3坡度施工57.6m；24下山施工179.675m（平距）；+3坡度施工30m；2上山施工736.575m；-3坡度施工30m；1下山施工733.750m。观测区域的巷道总长度103m，如图1-1-1所示。图1-1-1 1111（1）工作面运输顺槽底抽巷平面示意图1.1.1巷道断面及形状1111（1）工作面运输顺槽底抽巷断面形状为直墙半圆拱形，采用锚联网支护形式时净宽净

3、高=44003400mm，采用架棚支护方式时净宽净高=42003500mm，巷道掘进断面面积18 m2，净断面面积16.72 m2。1.1.2巷道层位上平巷段巷道顶板距上覆13-1#煤层底板法距21.3m；施工62.4m后，按24倾角下山施工，穿过11-1#、11-2#煤层进入煤层底板至标高-927.769m后开始水平或缓倾角施工，巷道底板距11-2#煤层法距为18.1m24.2m。1.1.3巷道顶底板岩性巷道自按24下山落平开始至DF100断层（736.5m），巷道顶板均为大于7m的泥岩，泥岩为:灰灰绿色，泥质结构，厚层状、块状，自DF100断层至巷道结束（763m）巷道顶板为粉砂岩和砂岩，

4、整条巷道底板以砂岩和粉砂岩为主，粉砂岩：灰灰绿色，薄层状，粉砂岩为主，含泥质薄层，局部为泥质胶结，水平层理发育；细砂岩：浅灰色灰色，成分以石英为主，次为长石及暗色矿物，致密、较硬，局部含粉砂质成分。1.1.4巷道掘进区段地质构造预计掘进区段的岩层总体为宽缓的背斜，倾向变化较大，自起始点DF100断层范围段（煤）岩倾向为205245，倾角23；DF100断层以北段预计（煤）岩倾向为330352，倾角2左右。根据三维地震勘探资料，掘进区段有DF100、DF101等小断层发育，且巷道的北边界受F29断层控制。观测区域的柱状图如图1-1-2所示。图1-1-2 1111（1）工作面运输顺槽底抽巷矿压观测

5、区域柱状图1.1.5瓦斯地质掘进块段内11-2煤层平均煤厚1.31m，瓦斯含量为1.607.25m/t，P=610，突出综合指标k=9.5217.86。1.1.6水文地质该区段主要出水为顶底板砂岩裂隙水，11-2#煤层顶板发育多层砂岩，厚度一般在1.02.0m，单层最厚为10.0m，11-2煤层底板砂岩发育，单层厚达31.7m，根据周边井田度该含水层水文调查，巷道涌（突）水量为074.0m/h，一般为0.54.5m/h，由于该区段11-2#煤层顶底板砂岩距第四系含水层与太原组灰岩含水层距离较远，水力联系较弱，11-2#煤层顶底板砂岩水以静储量为主，出水时水量一般较小，出水延时不长，出水后很短时

6、间水量便达到峰值，然后迅速减少、易于疏干。1.1.7地温本区地温梯度在2.43.3/hm，掘进区段温度在37.244.8。1.2巷道支护形式1.2.1支护类型巷道以锚联网支护为主，过断层、岩石破碎带时采用架29#U型钢金属棚支护或加喷70mm混凝土，钻场附近采用锚索梁支护。1.2.2支护材料及规格尺寸、参数表1-2-1 锚联网支护材料及规格尺寸、参数序号支护材料规格尺寸1锚杆、锚索高强202200mm、226300mm2钢筋网6.51750930mm3锚固剂顶Z2350每眼2根、帮Z2850每眼2根4喷射混凝土厚度70mm，强度C205钢筋网压茬100mm6锚杆间排距800800mm714#槽

7、钢5000mm表1-2-2 网架支护材料及规格尺寸、参数序号支护材料规格尺寸129#U型棚54004100mm、42003500mm2梁腿搭接长度500mm3拉条每棚槽钢4道4卡缆每棚4副、间距300mm5钢筋笆片10860560mm6棚距700mm7腿窝深度水沟侧500mm，另侧250mm2 观测内容和测站设置2.1观测内容1111（1）工作面运输顺槽底抽巷矿压观测的主要内容包括巷道表面收敛、深部围岩位移和深部围岩分区破坏等内容。（1）巷道表面收敛。巷道表面收敛是反映巷道表面位移的大小及巷道断面缩小程度，具体包括顶板下沉量及下沉速度、底鼓量及底鼓速度，通过对巷道掘进全过程围岩移近的观测，得出

8、巷道变形全过程速度、变形曲线。（2）巷道围岩深部位移观测。掌握巷道顶板和两帮6m范围内围岩的位移变化量及变形速度，研究巷道围岩结构的稳定性规律，判断顶板离层情况以及为确定锚杆合理支护的参数提供依据。（3）巷道深部围岩分区破裂监测。掌握巷道深部10m范围内围岩的破碎分区分布状况，通过钻孔窥视仪分析得出巷道松动圈的大小，破碎围岩分区的发育及演化规律。2.2测站设置中国矿大课题组在朱集矿1111（1）工作面运输顺槽底抽巷103m范围内共设置表面位移测站3处（KD1、KD2、KD3），多点位移测站3处（LC1、LC2、LC3），钻孔窥视测点2处（每断面施工7孔），各测试内容及平面分布如图2-2-1所示

9、。表面收敛测站设置时KD3点紧跟3月18日迎头，此时KD1、KD2处巷道已分别掘出10天、5天，各测点均于3月18日设置测点当天就开始量测。多点位移测站设置时LC1点紧跟3月6日迎头，LC2、LC3于3月21日安装，此时LC2、LC3测点所处巷道已分别掘出8天、3天，各测点均于设置当天就开始量测。图2-2-1 1111（1）工作面运输顺槽底抽巷测点分布示意图2.3矿压观测仪器1111（1）工作面运输顺槽底抽巷的矿压观测仪器主要有测试巷道表面收敛的专用短锚杆配带钩螺母、多点位移计、锚索测力计、钻孔窥视仪、测杆等仪器，如图2-3-1所示，所耗材料见表2-3-1。其中除钻孔窥视仪为大型非一次性消耗性

10、仪器外，其余仪器均为一次消耗性物品。此外，为对巷道围岩控制效果进行图像记录，配置了尼康D50专用相机。对矿压观测数据编制了专门处理软件。（a）多点位移计 （b）钻孔窥视仪（c）锚杆索测力计图2-3-1 常用矿压测试仪器表2-3-1 1111（1）工作面运输顺槽底抽巷矿压测试仪器消耗表序号仪器名称规格尺寸数量备注1短锚杆20800mm15套3个断面2螺母M2215套焊制带钩3多点位移计KDW-22套6m多基点4单点位移计LBY-3D3套6m，2.5m双基点5锚索测力计量程60MPa3套量测锚索受力6钻孔窥视仪TJGD20型1套配12m测杆7塔尺5m1套量测巷道高度8卷尺8m1套量测巷道宽度9测绳

11、80m1卷布置测点10相机尼康D50型1台拍照3 巷道表面收敛规律3.1巷道两帮位移规律3.1.1巷道两帮位移量演化规律通过近两月的矿压观测后，1111（1）工作面运输顺槽底抽巷在三个测点处的两帮变化实测规律如图3-1-1所示。各测点的初始数据观测日期与巷道掘出的时间对应日期分别为：KD1#测点第10天、KD2#测点第8天、KD3#测点第1天，图中的数据为对应天数后的绝对增量，不包括巷道掘出日至矿测日期之间的位移量。图3-1-1 两帮位移演化规律由图3-1-1可得出如下规律：1）巷道掘出一个月后，3个测点处的两帮位移均未达到稳定，尤其是KD3测点掘出时间已达32天，但两帮位移仍在增加。从KD1

12、和KD2测点来看，巷道掘出约35天后两帮位移逐渐趋缓。2）KD3测点的两帮累计位移量最大，达到215mm，KD1测点与KD2测点的两帮位移量基本相近，分别为58mm和60mm。3）KD3#测点的两帮位移量远大于KD1和KD2，这和此处接近断层带且与开始观测时间即为成巷时间有关。4）由于KD1、KD2测点开始观测时巷道已掘出10天和5天，造成了图中巷道的初始两帮位移量小，使得这两个测点处的累计位移量明显小于KD3#。3.1.2巷道两帮位移速度演化规律通过近两月的矿压观测后，1111（1）运输顺槽底抽巷三个测点处的两帮移规律速度演化规律如图3-1-2（a）（c）所示。（a）KD1测点两帮位移变化速

13、度（b）KD2测点两帮位移变化速度（c）KD3测点两帮位移变化速度图3-1-2 两帮位移速度演化规律由图3-1-2各图可得出如下规律：1）至观测结束，KD1#、KD2#测点两帮位移速度均呈现出逐步减缓的趋势，在巷道掘出40天时，位移达到初步稳定，各测点位移速度均小于1mm/d，KD3#测点在巷道掘出25天后尚未达到速度稳定。2）各基点的两帮最大位移速度及对应成巷时间分别为：1测点，5mm/d，第13、14d；2测点，11mm/d，第13d；3测点，22mm/d，第1d。3）各基点的两帮位移变化速度均呈现出周期性衰减的变化规律，巷道掘出初期，震荡幅度大，周期短，大至在3到5d；随着巷道掘出的时间

14、增长，震荡衰减的周期明显增大，衰减幅度急剧减小。以KD1测点为例，巷道掘出40d内，两帮位移速度共出现3个震荡衰减周期，3个震荡衰减的周期分别为2d、5d和14d，衰减周逐步增大；各衰减周期内的最大位移速度由5mm/d逐步减小至2mm/d、1.25mm/d、1mm/d、0.43mm/d。4）巷道两帮移近速度曲线符合深井软岩典型变化曲线的特征，如KD1#和KD2#测点均出现的两阶段变化规律，其中：1#测点在巷道掘出15天后两帮位移趋于第一次稳定，稳定时间约10天，最大位移速度5mm/d；在巷道掘出28天后进入第二次显著增量期，最大位移速度2mm/d。KD2#测点在巷道掘出14天后两位移趋于第一次

15、稳定，此间最大位移速度11mm/d；在巷道掘30天后进入第二次显著增量期，最大位移速度1mm/d。5）巷道顶板关键部位施工锚索对两帮的位移影响较小。3.2巷道顶底板位移规律3.2.1巷道顶底板位移量演化规律通过近两月的矿压观测后，1111（1）运输顺槽底抽巷三个测点处的顶底板位移、底臌量及顶板下沉演化规律如图3-2-1（a）（c）所示。图3-2-1中各曲线的数值仅代表自观测日起之后的位移增量。（KD3安设后遭到破坏）（a）顶板底累计移近量（b）底臌累计移近量（c）顶板下沉累计移近量图3-2-1 顶底板位移演化规律由图3-2-1各图可得出如下规律：1）巷道掘出近两个月后，2个测点的顶底板移近、底臌及顶