顶板离层仪在煤矿巷道顶板稳定性监测中的应用

建 井 技 术

Vo l 130 No 13 2009年 6月

M IN E CO N ST RU CT IO N T ECH N OL O GY

Jun 1 2009

顶板离层仪在煤矿巷道顶板稳定性监测中的应用

郭相参1,张爱英2,李 密1

(1西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安,710054;2安康学院,陕西安康,725000)

摘 要:介绍了巷道顶板离层仪的结构、工作原理及安装要求,以及在陕西某煤矿巷道顶板稳定性监测中的应用情况。顶板离层仪结构简单,易于操作,成本低,能较好地适应井下条件,在巷道顶板管理中,具有很大的应用价值。

关键词:顶板离层仪;巷道顶板;离层临界值;监测;锚杆支护

中图分类号:T D353+

16 文献标识码:A 文章编号:1002-6029(2009)03-0023-02

收稿日期:2009-03-18

巷道开挖破坏了围岩体的原始静态平衡,使得巷道围岩体内的原始应力发生二次分布;如果二次应力达到或超过围岩强度极限,巷道围岩将产生失稳破坏。为及时掌握巷道围岩动态信息,以便根据具体情况,及时采取补救措施和调整支护参数,就需要对围岩进行稳定性监测。巷道围岩稳定与否,直接关系到巷道围岩支护效果和煤矿安全生产;而巷道围岩稳定性监测方法是否科学合理,对于合理确定巷道支护参数,保证围岩稳定十分关键。

巷道围岩稳定性监测需要借助于一定的指标参数。岩土工程中,巷道围岩稳定与失稳破坏均会表现出一定量的变形。研究认为,通过对巷道顶板的变形观测,可以很方便地监测巷道顶板稳定性,进而可对支护参数的合理性进行检验。现介绍一种巷道顶板稳定性监测的实用方法)))利用顶板离层仪来观测巷道顶板的下沉位移。1 顶板离层仪工作原理

顶板离层仪是监测巷道顶板围岩变形分离时所产生的下沉位移的一种仪器。图1所示的LBY -Ó型顶板离层仪,由基点锚头、托盘、标尺、测绳4部分组成。仪器结构简单,读数直观,使用方便,能为巷道支护设计和顶板变形监测提供可靠的数据

[1]

。

目前,巷道顶板变形监测方法主要有声波法、多点位移计法、地质雷达法、渗透法、地震波法和高密度电阻率法等等。这些方法所用仪器结构复

图1 L BY -Ó型顶板离层仪

杂,使用操作繁琐,且对使用环境条件要求较高。

相对而言,顶板离层仪不仅操作方便,而且对环境条件几乎无特殊要求,能很好地适应井下条件[2]。

顶板离层仪监测方法的基本原理[3-4]

,是通过量测巷道顶板围岩不同深度处的下沉值来获得顶板下沉位移。顶板离层仪安装情况如图2所示。在巷道顶板钻孔内不同深度处设置监测点,记为a,b,c,d ;相应的标尺读数表示巷道顶板表面相对于所测深度l i (i =1,2,3,4)的下沉值r i 。如果所测深度足够深,围岩稳定而没有下沉,则标尺读数为顶板表面下沉绝对值。

根据岩石力学理论,不同深度处的围岩下沉量不同。因此,可在巷道顶板监测位置钻孔,并在钻孔内不同深度处布置监测点(锚固点),然后进行多次量测,便可得到顶板不同层位岩层的位移差,进而可判断出巷道顶板稳定性和锚杆支护效果。

如果离层仪测点较少,1个监测孔不能达到监测目的,可以围绕测点布置多个近距离监测孔。如果在巷道同断面不同宽度位置布置多个监测孔,则可对巷道顶板围岩变形规律进行探寻。

2巷道围岩稳定性监测实例

陕西某煤矿已支护的梯形断面巷道,垂高214m,上顶宽214m,下底宽216m,掘进断面610m2,净断面419m2;采用锚喷加局部挂网支护方案。巷道顶板采用规格为<18mm@210m,间排距均为018m的普通树脂锚杆(端锚)配合金属网、钢筋托梁及喷射混凝土进行支护。巷帮采用1排规格为<18mm@210m的普通树脂锚杆(端锚)及喷射混凝土进行支护;锚杆距顶板013m,间距018m。

211测点布置

根据监测需要,在巷道某监测断面顶板中线处布置6个监测孔,每个监测孔内布置2个监测点,监测点深度及监测数据见附表。表中,离层最大值s n=r2n-1-r2n,n为监测孔编号。

212仪器安装步骤

(1)钻孔。用<2710~<2810m m钻头在顶板钻孔至预定深度。监测孔深应比预计最大监测点深5~10cm。

(2)安设孔内固定器(监测点)。先安设最深监测点定位器。用安装杆把固定器缓缓送至设计位置;然后轻拉一下测绳,确认固定器已锚住。送入过程中,用手拉紧测绳。之后用同样的方法安设其他监测点,直至完成。

(3)安装托盘。将托盘固定于孔口。

(4)连接标尺。自下而上依次将标尺固定在

附表巷道断面顶板中线处的监测点离层最大值

监测孔

编号n

监测点

锚固点

深度l i

/m

标尺

读数r i

/mm

离层

最大值

s n/mm 1

10152715

22141410

1315 2

31101710

42151315

315 3

51121615

62151410

215 4

71151110

8310810

310 5

9118710

10315015

615 6

11210510

12410010

510

测绳上,然后截去多余的测绳,并做好对应的监测点标记。标尺连接好后,要确保相邻标尺移动顺畅,不受任何卡阻。

(5)仪器安装完毕,记录指示仪编号、安装日期及位置、标尺初始读数。

213测试过程

仪器安装好后,每d读取1次数据,直到读数不再有变化为止。根据此时的读数,便可计算出顶板最大离层值,见附表。

214测试数据分析

从附表中可知,该矿梯形断面巷道锚固范围内和锚固范围外的顶板围岩均不同程度地发生了离层。锚固范围内([210m)的顶板围岩离层量不超过14mm,锚固范围外为510~2715mm,均远小于临界值(国外规定,顶板围岩离层临界值一般为2010m m。根据该矿实际情况,暂定锚固范围内的临界值为2010m m,锚固范围外为3510mm);而且顶板不同层位岩层的位移差在215~1315mm之间,均在允许(或安全)范围内。这说明锚杆加局部挂网支护效果较好,能有效地阻止顶板离层,提高顶板稳定性;同时也说明锚杆支护强度和间排距是安全合理的。

3结语

(1)顶板离层仪结构简单,易于操作,成本低,能较好地适应井下条件,在巷道顶板管理中,具有很大的应用价值。

(2)利用顶板离层仪来进行煤矿巷道顶板围岩稳定性监测,可及时获得巷道顶板围岩变形情

(下转32页)

提升机2台。

3排矸及供料工艺流程

排矸工艺流程:凿岩台车进入工作面打炮眼)装药、联线、放炮)装载机装载爆落矸石至防爆汽车内)防爆汽车将矸石运至转载站后卸矸)耙矸机将矸石耙至矿车)电机车牵引至井底车场)提升机提升至地面)汽车运至矸石场(见图2)

。

图2平硐排矸系统

供料工艺流程:地面装载站)1t矿车)提升

机下放至井底车场)转载站(卸料给防爆汽车))

防爆汽车运往工作面。

4无轨胶轮车转载优缺点

(1)优点

¹系统简单,机械化水平高,工作环境好,工

人劳动强度低,提高了生产效率。

º高投入、高产出,缩短了施工期,提高了经

济效益,且有利于提前发挥投资效益。

»施工速度明显加快。更改运输方式前,施

工速度为120m/月。更改运输方式后,施工速度

提高到了19015m/月,其中2008年7月份更是创

造了单月进尺201m的好成绩;全年综合平均施

工速度为150m/月,是传统井巷施工速度的2倍。

(2)缺点

¹噪声较大。

º尾气污染严重,需加大通风量。

»防爆低污染柴油机排气栅栏较难清洗,胶

轮车轮胎耐磨性能差。

5意见和建议

(1)设备选型时,应根据平硐施工特点,先选

定设备,使设计符合设备选型,改变以往设备选型

跟着设计走的思路;同时,应注意使各设备能力相

互匹配。

(2)措施巷(避车硐室和联络巷)布置应合理。

主、副平硐联络巷应尽量避免直角贯通,以增大曲

率半径,便于车辆拐弯,提高行车效率。

(3)应坚持/空车避重车0原则,提高行车效率。

[参考文献]

[1]戴绍成,李世文.高产高效综合机械化采煤技术与装备(下)

[M]1北京:煤炭工业出版社,19981

作者简介

孙守仁(1962)),男,教授级高级工程师。1982年7月毕业

于山东矿业学院,现任华晋焦煤有限责任公司董事、副总经理,兼

王家岭矿区建设指挥部总指挥。

(上接24页)

况,检验锚杆支护参数合理与否,有利于煤矿安全

生产。监测中,一旦发现顶板围岩离层量超过临

界值,必须及时采取相应的措施进行治理,并修正

原支护参数,确保巷道安全。

(3)对于围岩条件复杂多变的巷道,通过对相

同围岩条件的顶板围岩离层监测数据的分析研

究,可以对顶板围岩变形规律进行探寻。

[参考文献]

[1]郭励生,张志国,李彦春,等1顶板离层指示仪在煤巷中的应

用[J]1中国煤炭,1997,23(12):20-211

[2]石建军,马念杰,闫德忠,等1巷道围岩松动圈测试技术及应

用[J]1煤炭工程,2008,(3):32-341

[3]何满潮,袁和生,靖洪文,等1中国煤矿锚杆支护理论与实践

[M]1北京:科学出版社,20041413-4141

[4]薛顺勋,宋广太,库明欣.煤巷锚杆支护施工指南[M]1北京:

煤炭工业出版社,1999186-911

作者简介

郭相参(1983)),男,河南驻马店人,2007年6月毕业于西

安科技大学岩土工程专业,现为西安科技大学在读硕士研究生,

研究方向为深埋高地应力隧道卸压支护技术。