巷道矿压观测分析方法探讨
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巷道矿压观测分析方法探讨
【摘 要】传统的矿压观测和科学的观测分析方法，能极大地提升工作效率和观测结果的准确性，具有广阔的应用前景。通过分析影响巷道矿压显现的因素及单因素矿压分析的局限性，对矿区主采二层煤巷道进行分析，提出建立巷道矿压观测及分析体系的建议。
【关键词】巷道矿压；矿压观测；单因素；多因素；多元回归；观测方案
随着煤炭工业的快速发展，矿井的产量越来越大，同时工作面生产设备向大型化、重型化、自动化方向趋势发展。巷道矿压观测是直接面对生产现场对矿压显现的宏观现象进行观测和记录，同时利用各种仪表、工具观测采场围岩变形、位移、顶底板破坏、支架受载及压缩等。然后从动态分析研究中得出对采场矿压显现有明显影响的岩层运动的条件、时间和方向以及采场周围支承压力的分布变化状况，以解决现场矿压控制问题。
１．巷道矿压观测分析的重要性
随着开采进度的不断增加，巷道围岩条件也不断地变化，压力逐渐增大，矿压显现剧烈，巷道支护越来越困难。矿区巷道围岩稳定性分析结果表明，围岩不稳定的四、五类巷道已经占85%以上，给掘进支护管理工作带来了极大的困难。我们经探索深部锚杆支护巷道路矿压规律及分析方法，由简单因素分析、发展到多元回归分析，不断优化锚杆支护设计，改善巷道路围绕岩管理状况，以提高经济效益。支护设计和支架选型，巷道位置选择，开采程序安排等提供依据。由于现场观测获得的资料反映的是多种因素综合作用下动压与支护间的互动作用，故利用这种资料论证分析问题较为可靠，收效显著，越来越为生产现场认可和采用。此外，这种模式有利于工程技术管理人员直接接触和参与矿压研究工作。
2.巷道矿压观测研究的目的和内容
了解各特定开采方式下的采场上覆岩层运动范围、条件和时间，加强工作面顶板控制。了解工作面顶底板状况；进行工作面来压预测预报；了解采场矿压控制对象的范围，工作面支柱实际支撑能力，支柱支架对顶板的相互作用及合理支护强度的确定；实行顶板科学管理，掌握好支架在峰压值来临之前的及时推移前进，实现安全高效生产；支架运行工况的可靠性，发现和了解支架密封性能、漏串液、倾斜、空顶等隐患的存在；了解锚网索对采空区顶板垮落的影响情况。预测采场巷道在开采动压作用下顶底板和内外帮变形位移规律，进行合理的巷道矿压控制和支护设计。开采动压峰值诱发顶板锚杆索载荷分布变化规律，以及锚网索构成的组合拱在经受动压作用后而发生的动压反应，使拱的作用逐渐变弱，甚至转变为悬吊梁变化过程的现象、规律；峰值动压对底板的作用与传播规律及有关参数；在搞清支承压力分布变化规律的基础上，为合理的进行工作面超前维护，确定巷道开掘位置和时间，护巷煤柱尺寸的留设及开采程序等控制设计提供依据；工作面开采动压的动力影响范围，如工作面距离与顶板沉降离层之间的关系；
了解由掘进引起的围岩松动深度及特征。
现场矿压观测的主要目的是了解由采动动力引起的采场上覆岩层运动所导致的矿压现象，其观测手段应包括除了人的经验视觉观测外，主要利用先进的矿压测试仪表进行观测。仪器观测能够对矿压现象进行定量的描述，从而更深刻直接地揭示和记录矿压现象的规律。矿压仪器主要包括监测位移、变形和监测压力两大类。监测过程是在采场推进状态下获得的矿压显现参数，依据这些参数，作为分析研究问题的基础：随采场推进超前巷道不同位置处的顶底板相对移近量和移近速度，以及距工作面距离与矿压显现参数之间的位置关系或函数关系；工作面顶板下沉量、下沉速度与工作面距离之间的关系；支架支柱荷载量与顶板周期来压之间关系，以及与采空区顶板垮落之间的关系。
3.巷道矿压观测的方法
轨道巷侧自工作面切眼煤壁前方10米起开始布置巷道变形量观测断面，以后按5米间距布置观测断面。共布置20个观测断面，观测范围110米左右。运输巷内自工作面切眼煤壁前方10米起按5米间隔布置7个测点，观测距离45米。每个断面内设定两帮方向和顶底板方向的位移基点。两帮方向选定锚杆端头作为基点，顶底方向埋置钢钎作为基点，用钢卷尺和测杆进行测读。由于工作面运输顺槽设备布置的原因，运输巷道围岩移近量只进行了顶底方向的观测。顺槽内自切眼煤壁10米起，每隔3－5米左右安装一块压力表，共安装5块压力表。随工作面推进前移压力表。观测和记录工作面前方30米范围内的超前支护单体压力。
一般情况下采面矿压观测有长期连续性观测和专题研究性观测。长期连续性观测是从开切眼起，对工作面矿压显现进行连续观测，期间要经历初次来压和周期来压。长期连续性观测一般用于对采场上覆岩层运动和矿压显现规律的全面了解或顶板来压对安全生产的威胁，而必须坚持来压预测预报。专题矿压观测往往是为了查明影响工作面矿压显现的因素或研究某个单项问题，往往需进行专题观测。如采用新的采煤方法、新水平的首采工作面等，要搞清工作面推进速度对工作面矿压显现的影响；割煤、回柱移架对顶底板移近速度的影响；了解采场支架的实际工作状况。
4.观测成果的应用
矿压观测的过程也就是成果应用的过程。在矿压观测过程中，要及时整理资料并进行分析研究，总结矿压显现的变化规律，及时向有关部门提供信息,要建立矿压检测资料简报编写制度，使矿压观测成果及时转化为生产力，为安全生产提供支持与保障。
综采面一般需要进行以下几方面的矿压观测：工作面矿压显现参数，巷道超前支承压力；巷道顶板离层观测；巷道两帮变形量与顶底板移近量；巷道锚杆受力状况监测。通过此工作面开采过程中进行常规的矿压监测，包括支架工作阻力、顶板冒落特征、巷道表面位移观测等，得到了工作面顶板运动规律及矿压显现特
点，对支架适应性进行评价。
4.1需控岩层范围
直接顶厚10．25m，主要由粉砂岩和细砂岩组成；基本顶由1个岩梁构成，岩层厚12．98m，由坚硬的中砂岩组成。
4.2顶板运动规律
在工作面煤岩赋存条件下，直接顶初垮步距为16m，基本顶初次来压步距30．2m，周期来压步距平均为19．2m；由工作面上部至下部来压步距基本依次减小；工作面各部位来压不同步，上部来压较晚，下部较早，存在明显的分段初次来压现象；
4.3支架阻力分布及运行特征
通过对支架前后柱、整架阻力频率分布规律分析，支架与顶板适应性并不理想。后柱阻力偏低，经常出现后柱不受力，这对顶板控制是十分不利的，其原因是多方面的：有顶煤的力学性质，支架架型、操作及管理等多方面的原因。
4.4巷道超前压力显现规律
对工作面胶运巷进行了表面位移观测，巷道总体变形量小，两帮变形量大于顶底板变形量；巷道在25m处已经受到采动影响，但在15m以外采动影响的程度很小，显著影响范围在10m左右，巷道压力峰值在4～5m处，因此工作面超前30m加强支护是合理的。
矿压观测工作通常是在一个阶段或时期内完成的，因此矿压观测工作结束后应及时写出矿压技术管理总结报告，测区地质和生产技术条件；测区布置；观测结果分析；结论和建议。矿压观测与研究报告的写作形式是多样的，详与简的形式取决于写出的总结规测研究报告的用途，但要体现出问题、结论、建议。要有严密的科学性和明确的针对性，同时对新发现的问题可以进行大胆探讨，阐明自己的见解和学术观点。对取得的成果进行实事求是地总结，得出本工作面或巷道所特有的矿压特征和顶板控制方法及改善途径。
5.结束语
巷道矿压观测技术在煤炭生产中具有重要的作用。根据岩层性质、顶板压力、顶板下沉量和下沉速度、放顶步距、周期来压等数据，逐步摸清本矿区的矿压规律，制定本矿区的顶板分类标准，为采区设计、巷道布置、设备选型、支护设计、顶板控制提供依据。
