0 引言
随着煤矿开采深度的不断增加，影响煤矿生产的一系列问题诸如岩层压力增大、巷道围岩变形显著、围岩收敛变形速度加快、支架损坏等日益严重，有可能引发顶板冒落事故[1-3]。巷道围岩变形是煤矿开采中需要重点考虑的问题,是指巷道在外部因素作用下产生的形状和尺寸的改变[4-5]。巷道围岩变形及破坏会阻断井下交通，损坏生产设备，造成人员伤亡，严重威胁煤矿安全生产，因此及时合理地监测巷道变形，准确掌握围岩状态及发展趋势，对于保障煤矿安全生产具有十分重要的意义[6-8]。本文以崔家沟煤矿2209工作面回风巷为工程背景，研究了巷道顶底板及两帮的变形特征，可为巷道围岩稳定性控制提供依据。
1 工程概况
崔家沟煤矿开采深度达300～400 m，二水平东盘区煤层厚15.8 m，倾角为2～10°，煤层部分地区受走向褶曲影响呈起伏状。2209工作面回风巷位于二水平东盘区北部，巷道顶板为炭质泥岩，上部灰色，下部灰黑色，呈斜坡状纹理，松动易垮落。底板为炭质泥岩，呈灰黑色块状，多为黏土，无层理面，若遇水侵入容易产生膨胀性底鼓。2209工作面回风巷为刚翻修过的巷道，巷道全长1 220 m，沿煤层底板布置，矩形断面宽4.4 m，高3.3 m，断面面积为14.52 m2。2209工作面回风巷采用锚网索支护方式。巷道顶板采用φ16 mm、长2.5 m的加长锚杆配2卷k3530型树脂药卷支护，锚杆间排距为0.7 m×0.7 m，锚固长度为0.6 m。巷道两帮采用φ14 mm、长2 000 mm胀套式可回收锚杆支护，锚杆间排距为0.7 m×0.7 m。锚索规格为φ15.2 mm×12 m，锚索间排距为1.8 m×3.0 m。
2 监测方案
在2209工作面回风巷口附近，沿采煤工作面推进方向等间隔布置5个测站，1—5号测站分别距回风巷口180，210，240，270，300，330 m，测站布置如图1所示。
图1 测站布置
Fig.1 Layout of monitoring stations
2.1 表面位移测点布置
采用“十字布点法”[9-10]在各测站安设巷道表面位移测点，如图2所示。安设测点时需埋设木楔，用φ42 mm风钻在预设测点的顶底板中部及两帮水平对应处钻φ200 mm的钻孔，然后塞入φ250 mm的木楔。
图2 巷道表面位移测点布置
Fig.2 Layout of monitoring points for roadway
surface displacement
在监测期间，用钢卷尺测量两帮测点C，D之间距离，用测尺测量顶底板测点A，B之间距离，测量精度要求达到1 mm。
2.2 深部位移测点布置
在各测站内布置1组DLY-10型顶板离层仪，对顶板锚固范围内及锚固范围外离层量进行监测[11-13]。DLY-10型顶板离层仪参数见表1。
表1 DLY-10型顶板离层仪参数
Table 1 Parameters of DLY-10 type roof separation indicator
在巷道围岩深部稳定处(距巷道顶板10 m处的稳定岩层内)、与锚杆端部深度相同的围岩中(距巷道顶板3 m处)分别设置深基点和浅基点，如图3所示。
图3 顶板离层仪安装
Fig.3 Installation of roof separation indicator
3 监测结果分析
对5个测站进行长达30 d的连续监测，监测内容主要包括巷道围岩顶底板移近量、两帮移近量、底鼓量和离层量。
1号测站监测结果如图4所示。可看出顶底板最大移近量为142 mm，收敛速率约为4.7 mm/d，顶底板收敛梯度在监测前期(前15 d)变化较平缓且呈线性分布，在监测后期(后15 d)变化急剧且呈非线性分布；两帮最大移近量为178 mm，收敛速率约为5.9 mm/d，两帮收敛梯度在监测前期变化较平缓且呈线性分布，在监测后期变化急剧且呈非线性分布；最大底鼓量为54 mm，变形速率为1.8 mm/d，底鼓变形梯度变化较平缓，变形梯度呈线性分布，底鼓量呈缓慢增长趋势；顶板最大离层量为66 mm，离层量在监测前期增长缓慢，在监测后期增长加速。
(a) 围岩变形量曲线
(b) 围岩离层量曲线
图4 1号测站监测结果
Fig.4 Monitoring results of No.1 monitoring station
2号测站监测结果如图5所示。可看出顶底板最大移近量为222 mm，收敛速率为7.4 mm/d，顶底板收敛梯度在监测前期变化较平缓且呈线性分布，在监测后期变化急剧且呈非线性分布；两帮最大移近量为140 mm，收敛速率约为4.7 mm/d，两帮收敛梯度变化较平缓，收敛梯度呈线性分布；最大底鼓量为94 mm，变形速率约为3.1 mm/d，底鼓变形梯度变化较平缓，变形梯度呈线性分布；顶板最大离层量为70 mm，离层量在监测前期增长缓慢，在监测后期增长加速。
(a) 围岩变形量曲线
(b) 围岩离层量曲线
图5 2号测站监测结果
Fig.5 Monitoring results of No.2 monitoring station
3号测站监测结果如图6所示。可看出顶底板最大移近量为194 mm，收敛速率约为6.5 mm/d，顶底板收敛梯度在监测前期变化较平缓且呈线性分布，在监测后期变化急剧且呈非线性分布；两帮最大移近量为188 mm，收敛速率约为6.3 mm/d，两帮收敛梯度在监测前期变化较平缓且呈线性分布，在监测后期变化急剧且呈非线性分布；最大底鼓量为72 mm，变形速率为2.4 mm/d，底鼓变形梯度变化较平缓，变形梯度呈线性分布；顶板最大离层量为44 mm，离层量呈线性递增趋势。
(a) 围岩变形量曲线
(b) 围岩离层量曲线
图6 3号测站监测结果
Fig.6 Monitoring results of No.3 monitoring station
4号测站监测结果如图7所示。可看出顶底板最大移近量为180 mm，收敛速率为6.0 mm/d，顶底板收敛梯度变化急剧，收敛梯度呈非线性分布；两帮最大移近量为160 mm，收敛速率约为53.3 mm/d，两帮收敛梯度变化急剧，收敛梯度呈非线性分布；最大底鼓量为90 mm，变形速率为3.0 mm/d，底鼓变形梯度在监测前期变化较平缓且呈线性分布，在监测后期变化急剧且呈非线性分布；顶板最大离层量为77 mm，离层量在监测前期增长缓慢，在监测后期增长加速。
(a) 围岩变形量曲线
(b) 围岩离层量曲线
图7 4号测站监测结果
Fig.7 Monitoring results of No.4 monitoring station
5号测站监测结果如图8所示。可看出顶底板最大移近量为170 mm，收敛速率约为5.7 mm/d，顶底板收敛梯度变化较平缓，收敛梯度呈线性分布；两帮最大移近量为294 mm，收敛速率为9.8 mm/d，两帮收敛梯度变化急剧，收敛梯度呈非线性分布；最大底鼓量为75 mm，变形速率为2.5 mm/d，底鼓变形梯度变化较平缓，变形梯度呈线性分布；顶板最大离层量为73 mm，离层量在监测前期增长缓慢，在监测后期增长加速。
(a) 围岩变形量曲线
(b) 围岩离层量曲线
图8 5号测站监测结果
Fig.8 Monitoring results of No.5 monitoring station
4 结论
(1) 巷道顶底板累计移近量为142～222 mm，收敛速率为4.7～7.4 mm/d；巷道两帮累计移近量为140～294 mm，收敛速率为4.7～9.8 mm/d。顶底板及两帮收敛梯度不平衡。
(2) 巷道累计底鼓量为54～94 mm，变形速率为1.8～3.1 mm/d；顶板累计离层量为44～77 mm。在顶板和两帮变形大的地方底鼓较明显；深基点和浅基点范围内均发生离层。
(3) 随着监测时间的推移，巷道顶底板和两帮移近量、底鼓量、离层量呈递增趋势。在监测前期，巷道顶底板和两帮变形处于缓慢收敛阶段，在监测后期，巷道顶底板和两帮变形处于加速收敛阶段，说明巷道已进入二次变形阶段。
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