煤体应力传感器在采煤工作面动压观测中的应用与分析

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[摘 要]采煤工作面动压显现规律的观测是一项重要科研工作，准确的掌握工作面超前与侧向动压显现规律，不仅能够正确的指导采煤工作面巷道超前支护，确保安全生产，也能够准确掌握侧向压力影响范围，为同一煤层相邻工作面之间安全煤柱的留设提供依据。本次通过采用煤体应力传感器研究鄂尔多斯塔然高勒矿区色连二矿2-2煤12205采掘工作面动压空间显现规律，初步确定了2-2煤层采煤工作面超前支护范围与安全煤柱的留设宽度。

[关键词]煤体应力 超前支护 安全煤柱

中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0027-02

1 采煤工作面工程地质条件

12205工作面所处的2-2煤层倾向229～270°，倾角0～2°，平均1，属于近水平煤层°，地质条件较为简单。2-2煤层黑色，以暗煤、丝炭为主，外生裂隙发育。煤层直接顶为细砂岩，平均厚1.5m，老顶为粉砂岩，平均厚6.8m，巷道顶板岩性结构相变大。

12205工作面位于矿井一水平二盘区，工作面走向长240m，倾斜长2816m，工作面标高为+1454～+1493m，地面标高+1121～+1169m，埋藏深度330m～350m。该面采用一面三巷布置，其中12205辅运顺槽为留巷巷道，与12205胶运顺槽间距20m。12205工作面煤层厚度变化较大，东部煤厚正常在1.7-2.1m；中部煤层变薄，最薄处0.9m；西部靠近切眼处煤层较厚，最厚处4.65m。根据工作面附近钻孔显示该煤层局部含1层0.2m泥岩夹矸。

2 煤体应力观测站布置

煤体应力观测站设置在距12205工作面切眼1175m联巷位置，该联巷长20m，在联巷两帮距底板约1.5m位置各安装了8个围岩应力传感器，其中1#～8#围岩应力传感器安装在联巷左帮，9#～16#围岩应力传感器安装在联巷右帮，1#、2#、3#、4#及9#、10#、11#、12#围岩应力传感器安装钻孔相邻间距2m，5#、6#、7#、8#及13#、14#、15#、16#围岩应力传感器安装钻孔相邻间距2.5m。自联巷靠运顺侧两帮依次施工1#～8#围岩应力传感器安装钻孔及9#～16#围岩应力传感器安装钻孔，围岩应力传感器安装钻孔孔深5m，孔径Φ42mm，采用Φ42mm钻头配合麻花钻杆打眼。为便于采后观测，围岩应力传感器安装完毕后都要将传感器引出线沿联络巷巷帮引出至联络巷密闭墙外侧（靠辅运顺槽），煤体应力

观测站各观测钻孔布置见图1所示。

3 煤体应力的观测方法

煤体应力采用GYW25围岩应力传感器观测。GYW25围岩应力传感器由传感器和变送器组成，二者之间用长度5米的HYV1×4的通信电缆连接，传感器采用应变测量技术，测量的是煤体受采动影响时的附加应力，当煤体受采动附加应力作用产生破坏变形时，这种附加应力将传递到应变体上产生变形，应变计将变形量转换成电压信号，并由变送器转换为RS485通讯信号，图3-3为GYW25围岩应力传感器实物。围岩应力传感器2小时自动记录对应时刻围岩应力数据，围岩应力数据采集采用红外感围岩应力采集器定期采集通过数据录入软件导入电脑。

4 煤体应力变化规律的分析

煤体采动应力随工作面推进距离及煤体应力随时间变化的变化过程如图3至图9所示。

在煤体应力随工作面推进距离变化曲线中，横坐标为负值表示测点超前采煤工作面，横坐标为正值表示测点滞后采煤工作面。

由煤体应力随工作面推进距离变化曲线（图3至图9）及煤体应力随时间变化曲线（图10）可以看出，色连二矿2-2中煤层工作面回采后围岩应力分布具有如下特点：

1、工作面采动超前支承压力影响范围为采前25m，采前侧向影响范围16m。由煤体应力随工作面推进距离变化曲线图可以看出，当工作面滞后煤体应力测站25m位置之前，各测点的围岩应力值基本上没有变化，而当工作面距煤体应力测站25m位置时，1#、3#、、5#、7#、13#、14#测点煤体应力值均出现显著增加，2#测点煤体应力略有下降，8#测点煤体应力值不变，说明工作面采动超前支承压力影响范围为采前25m、采前侧向影响范围16m。工作面采过测点245～300m时，侧向动载应力集中程度最大，联巷左右帮最大动载应力集中系数分别达到5.1和2.1。

2、工作面采过测点245～300m时，侧向动载应力集中程度最大，联巷左右帮最大动载应力集中系数分别达到5.1和2.1。由煤体应力随时间及工作面推进距离变化曲线图可以看出，当工作面采过测点245m，联巷靠右帮13#测点煤体应力增幅45Mpa（巷道平均埋深350m，原岩应力平均8.75MPa），应力集中系数达5.1，其后煤体应力出现下降，当工作面推进365m后，该测点应力增幅降为30.3MPa；当工作面采过测点297m，联巷靠切眼帮6#测点煤体应力增幅18.3Mpa，应力集中系数达2.1，其后煤体应力出现下降，当工作面推进335m后，该测点应力增幅降为15.1MPa 。

3、在采场上覆岩层还未达到稳定状态前，工作面侧向各测点煤体应力随着工作面推进出现波段性起伏，当工作面上覆岩层趋于稳定后，侧向支承压力峰值区距胶运顺槽边缘距离为10～15m，侧向支承压力最大峰值位置距运顺边缘距离为12.5m，最大应力变化值为15.1Mpa，应力集中系数为1.7。

5 煤体应力显现规律的应用

根据上述煤体应力的空间显现规律可知，采煤工作面动压超前影响范围为超前工作面25m，侧向动压影响范围为距离采煤工作面胶运顺槽外侧帮部15m以内，当工作面上覆岩层趋于稳定后向支承压力峰值区距胶运顺槽边缘距离为10～15m。因此，工作面回采时，工作面胶运、回风顺槽的超前支护距离应不少于25m；2-2煤层中，为保证工作面巷道不受或少受邻近已采工作面采动压力的影响，两邻近工作面相邻巷道间留设的安全煤柱的宽度应不少于15m。

作者简介：

李小根（1990-），男，助理工程师，2013年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，现工作于淮矿西部煤矿投资管理有限公司生产技术部。

参考文献

[1] 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[2] 侯朝炯，马念杰.煤层巷道两帮煤体应力和极限平衡区的探讨[J].煤炭学报，1989，，1（4）：21-24

[3] 刘晓斐，王恩元，何学秋.采煤工作面应力分布的磁辐射规律[J].煤炭学报，2007，32（10）：1020-1021