李志剛

（天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

回采動(dòng)壓影響巷道底鼓防治

李志剛

（天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

針對(duì)某礦工作面巷道受回采動(dòng)壓影響發(fā)生底鼓的具體情況，分析了巷道底鼓的主要原因，設(shè)計(jì)了巷幫加強(qiáng)支護(hù)與新開卸壓槽聯(lián)合控制底鼓的措施，通過現(xiàn)場工程試驗(yàn)，解決了工作面巷道底鼓嚴(yán)重的問題，總結(jié)了巷道加固段底鼓防治的效果，為該類巷道底鼓治理提供了成功的施工經(jīng)驗(yàn)。防治結(jié)果表明:巷道無措施加固段底鼓量是巷道加固試驗(yàn)段底鼓量的1.7倍，有效降低底鼓變形量47%。

動(dòng)壓影響;底鼓;卸壓槽;錨桿錨索;井下試驗(yàn)

巷道底鼓是巷道圍巖變形和破壞的一種主要方式。大量的實(shí)測資料表明，巷道底鼓量可占到巷道頂?shù)装逡平康?0%左右［1－2］?；夭上锏赖牡坠闹饕l(fā)生在工作面回采期間，主要由工作面超前支承壓力等原因而誘發(fā)的巖層運(yùn)動(dòng)［3］。隨著開采強(qiáng)度的增加，開采范圍的擴(kuò)大，以及特厚煤層開采比重的增大，底鼓現(xiàn)象有日益增長的趨勢。特別是特厚煤層回采巷道，因其底板是松軟破碎的泥巖，加之受到地質(zhì)構(gòu)造和采動(dòng)影響，底板鼓起現(xiàn)象十分嚴(yán)重。巷道底鼓量已達(dá)到600～1000mm，明顯制約了回采與掘進(jìn)工作面的推進(jìn)速度，影響了礦井的正常接續(xù)。因此，總結(jié)一套實(shí)用有效的巷道底鼓防治技術(shù)具有重要意義。

1 巷道圍巖地質(zhì)條件

發(fā)生底鼓的巷道為某礦工作面巷道，寬5m，高3.4m，埋深200m，沿煤層底板掘進(jìn)，底板平均有1.0m厚的底煤，煤層傾角在3～8°之間，平均厚度9.47m，煤層附近柱狀如圖1。

煤層單軸抗壓強(qiáng)度為17.53MPa;煤層頂板為中粗粒巖，單軸抗壓強(qiáng)度為84.8MPa，抗拉強(qiáng)度較低;底板為泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度為25.8MPa。

圖1 煤層柱狀

2 巷道底鼓主要原因分析

工作面巷道與相鄰工作面采空區(qū)之間為20m區(qū)段保護(hù)煤柱，現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，巷道在遇到硐室時(shí)壓力較集中，保護(hù)煤柱寬度不足15m，底鼓明顯。經(jīng)現(xiàn)場論證分析，認(rèn)為巷道底鼓的主要原因?yàn)橄噜徆ぷ髅骈_采側(cè)向支承壓力和工作面超前支承壓力在該處疊加，引起應(yīng)力集中［4］，使得巷道遭受二次動(dòng)壓的強(qiáng)烈影響，形成巷道圍巖破壞發(fā)生變形，帶來巷道底鼓和片幫現(xiàn)象，如圖2。另外，巷道幫部每排僅打2根錨桿，兩幫中下部無支護(hù)裸露范圍太大也是造成巷道底鼓的重要原因。

圖2 應(yīng)力疊加作用下巷道底鼓

3 控制底鼓技術(shù)措施

為掌握底鼓防治方法，決定在巷道內(nèi)錯(cuò)車硐室及前后50m范圍內(nèi)，分別采用幫部打底角錨桿、開卸壓槽、底角錨桿與卸壓槽聯(lián)合施工等3種治理底鼓的措施進(jìn)行研究分析。

3.1 巷道幫部加強(qiáng)支護(hù)

在現(xiàn)有巷道錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，采取巷道幫部底角補(bǔ)打錨桿的措施，防止巷道底板鼓起，限制幫部塑性區(qū)擴(kuò)展，提高巷道整體支護(hù)效果，最終達(dá)到控制巷道底鼓的目的［5］。幫部補(bǔ)打底角錨桿試驗(yàn)地段為:錯(cuò)車硐室往里50m范圍內(nèi)，按支護(hù)參數(shù)要求補(bǔ)強(qiáng)幫部支護(hù)，“護(hù)好幫以控制底”，如圖3。

圖3 補(bǔ)打底角錨桿控制底鼓方案

巷幫加強(qiáng)支護(hù)底角錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 底角錨桿控制底鼓支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 新開卸壓槽參數(shù)

在巷道底板靠近煤柱側(cè)開卸壓槽:卸壓槽寬×深=200mm×200mm，如圖4。開卸壓槽試驗(yàn)地段為:錯(cuò)車硐室往外50m范圍內(nèi)。

圖4 底板卸壓槽

3.3 巷幫加強(qiáng)支護(hù)與新開卸壓槽聯(lián)合

為充分發(fā)揮幫部加強(qiáng)支護(hù)和開設(shè)卸壓槽2種方法的各自優(yōu)勢，決定在錯(cuò)車硐室范圍內(nèi)，既開掘卸壓槽，同時(shí)又要加強(qiáng)幫部支護(hù)。

具體做法為:在錯(cuò)車硐室范圍內(nèi) （該錯(cuò)車硐室范圍為50m左右），在底板靠近煤柱側(cè)開卸壓槽。同時(shí)在該錯(cuò)車硐室內(nèi)部巷道幫部及拐角處，按設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)打底角錨桿，以發(fā)揮底角錨桿在控制底鼓方面的作用。

巷道底鼓治理試驗(yàn)分段見圖5所示。

圖5 巷道底鼓治理試驗(yàn)地段

4 巷道底鼓觀測

為了觀測治理底鼓的效果，在巷道試驗(yàn)段內(nèi)設(shè)立11個(gè)底板位移測站，第1個(gè)測站距切眼50m，然后間隔10m設(shè)1個(gè)，至第6個(gè)測站，余下的間隔20m設(shè)1個(gè)。

在底鼓量觀測期間，第Ⅰ段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、未加固段的底鼓量分別為285mm，178mm，410mm，500mm，如圖6。變形量最大的是未加固段，最小的是第Ⅱ段，加固段平均底鼓量是291mm，底鼓量是未加固段的 58.2%，減少了41.8%，其中，第Ⅰ段 （巷道加強(qiáng)支護(hù)段）底鼓量是未加固段的57%，減少了43%;第Ⅱ段（聯(lián)合治理段）是未加固段的35.6%，減少了64.4%;第Ⅲ段 （新開卸壓槽段）是未加固段的82%，減少了18%。

圖6 巷道變形實(shí)測曲線

各測站巷道變形速度均勻，受工作面回采動(dòng)壓影響期間變形速度處于高位，在工作面推進(jìn)的80m （16d）內(nèi)，未加固段平均變形速度為31.3mm/d，加固段平均變形速度也達(dá)到18.2mm/d，如表2。根據(jù)現(xiàn)場觀測，巷道底鼓量超過300mm，會(huì)直接影響巷道的正常使用，當(dāng)巷道底鼓量超過400mm時(shí)，需要采取相關(guān)措施進(jìn)行底鼓的治理，才能保證工作面正常推進(jìn)，因此，在回采動(dòng)壓影響段內(nèi)，必須將平均變形速度嚴(yán)格控制在25mm/d以下。

表2 工作面巷道圍巖變形測站數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)各段平均底鼓量的分析，第Ⅱ段 （聯(lián)合治理段）防治底鼓效果最好，底鼓量小，變形速度均勻且較小，最大變形速度較低，有效地降低了底鼓對(duì)巷道的破壞程度，保證了工作面正常生產(chǎn)，經(jīng)過多項(xiàng)式曲線擬合，如圖7，受工作面采動(dòng)影響下巷道中測站的底鼓量與測站到工作面水平距離的關(guān)系為:

圖7 第Ⅱ段巷道底鼓量實(shí)測曲線回歸分析

未加固段:

第Ⅱ段（聯(lián)合治理段）:

式中，y為測站底鼓量，mm;x為測站到工作面水平距離，m。

綜上所述，測站從有數(shù)據(jù)記錄以來距回采工作面70m經(jīng)動(dòng)壓影響開始變形，底鼓由60m左右處開始明顯呈平均趨勢向上增長，在30m到3m范圍內(nèi)，受超前支承壓力影響，底板變形出現(xiàn)加速。工作面推過硐室期間第Ⅰ段、第Ⅱ段底鼓均不明顯，第Ⅲ段 （只開挖卸壓槽段）底鼓較嚴(yán)重，需臥底方可繼續(xù)推進(jìn)?，F(xiàn)場底鼓嚴(yán)重段看到水泥地坪鼓起較多，掘進(jìn)時(shí)留的底煤有一定鼓起，底板鼓起較少。開挖卸壓槽以后，在距硐室較遠(yuǎn)處 （約50m以外）底鼓現(xiàn)象不明顯，說明卸壓槽起到了讓壓的作用，但距硐室較近時(shí)，底鼓現(xiàn)象仍較明顯，底角錨桿卻起到了更大的作用，有效地抵抗了壓力。

5 結(jié)論

通過使用巷幫加強(qiáng)支護(hù)與新開卸壓槽聯(lián)合控制底鼓的措施，巷道底鼓現(xiàn)象得到明顯地控制，斷面變形小，能夠滿足行人、通風(fēng)、運(yùn)輸和安裝設(shè)施的需要［6］，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并取得了預(yù)期效果。

（1）對(duì)巷道圍巖薄弱處加強(qiáng)支護(hù)，特別是硐室的開挖，減小了巷道保護(hù)煤柱的尺寸，在應(yīng)力集中疊加情況下，更容易出現(xiàn)底鼓片幫等現(xiàn)象。

（2）對(duì)于圍巖松軟、易發(fā)生底鼓的巷道，應(yīng)該對(duì)巷道兩幫中下部區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道頂板和兩幫的自承能力，減弱礦壓對(duì)底板巖層的破壞作用。

（3）底板受巷道保護(hù)煤柱側(cè)向支承壓力與工作面超前支承壓力的疊加影響引起應(yīng)力集中，是形成巷道圍巖破壞變形、造成巷道底鼓和片幫現(xiàn)象的重要原因，應(yīng)對(duì)巷道加強(qiáng)煤體應(yīng)力監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握巷道應(yīng)力情況。

（4）在巷道中挖卸壓槽治理底鼓也取得了很好的效果，既可以對(duì)卸壓槽以外區(qū)域起到讓壓作用，也可以配合底角錨桿共同限制底板變形，但不宜在巷道底鼓嚴(yán)重區(qū)域單獨(dú)應(yīng)用。

根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、施工工藝以及有關(guān)因素因地制宜地合理選擇底鼓治理措施，有效地控制巷道底鼓難題，對(duì)提高回采工作面的回采效率和節(jié)約人工費(fèi)用、保證這些工作面巷道的正常使用及工作面的正常生產(chǎn)都具有重要意義，為采區(qū)內(nèi)其余工作面的順利回采提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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Prevention of Floor Heave in Roadway Influenced by Dynam ic Pressure Induced by Mining

LIZhi-gang

（Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China）

This paper analyzed main causes of roadway floor heave influenced by dynamic pressure inmining period and designed combined projection of strengthening roadway-side supporting and excavating pressure-relief groove.Practice showed that floor heave value of reinforcement segment reduced 1.7 times and effectively reduced 47%floor heave value.This projection dissolved serious floor heave problem and provided successful experience for roadway floor heave prevention.

dynamic pressure influence;floor heave;pressure relief groove;anchored cable and bolt;underground test

TD353

A

1006-6225（2012）05-0052-03

2012－05－22

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目 （2008BAB36B01）

李志剛 （1978－），男，山西晉中人，工程師，主要從事放頂煤開采、采煤工藝等方面的研究。

［責(zé)任編輯:姜鵬飛］

礦井設(shè)計(jì)