栗芃鵬

（潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

隨著礦井的開采，地質(zhì)條件不斷復(fù)雜化，巷道圍巖穩(wěn)定性變差，特別是對(duì)山西省的一些衰老煤礦而言，開采年限不斷縮短，開采深度快速延伸，采掘銜接困難頻繁出現(xiàn)[1-3]。為此多數(shù)礦井采用高強(qiáng)度支護(hù)系統(tǒng)，而底板是敞開式的無支護(hù)體系，加上圍巖裂隙水和生產(chǎn)用水的影響，其泥化效應(yīng)加劇巷道底板變形破壞[4]。

1 工程背景

常村煤礦位于山西省屯留縣，煤種為中灰、特低硫磷、特高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煤。3#煤位于山西組的中、下部，為全井田可采，煤層埋深為470m。根據(jù)兩巷探煤厚點(diǎn)統(tǒng)計(jì)確定該工作面煤層總厚為5.62～6.12m，平均厚度為5.66m，含夾矸0～1層，平均厚度為0.05m。工作面頂?shù)装鍘r性為：基本頂為中粒砂巖，平均厚度3.85m，直接頂為粉砂巖，平均厚度3.15m，直接底為中粒砂巖，平均厚度1.33m，基本底為粉砂巖，平均厚度1.33m。

2101工作面采用“一進(jìn)一回”的巷道布置方式，兩條巷道均由南向北布置（圖1）。2101工作面傾向長(zhǎng)度為245m，走向長(zhǎng)度1272.4m。運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道斷面呈矩形，巷道寬5m，凈高 3.5m，凈斷面積17.5m2。巷道采用高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿+雙鋼筋托梁+網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)形式。

圖1 工作面布置情況

2 巷道現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)有巷道支護(hù)系統(tǒng)

（1）頂板支護(hù)：每排6根頂錨桿，錨桿間距900mm，排距900mm；錨索每排2根，小三花布置，間距1200mm，排距1200mm。鋼筋托梁規(guī)格型號(hào)為：Φ16×4300mm×1000mm×120mm（5眼）。金屬網(wǎng)規(guī)格：4600×1100mm。

（2）巷道兩幫：每排3根錨桿，錨桿間距1300mm，排距1000mm，幫頂角錨桿距離頂板為400mm，幫底角錨桿距底板為500mm。

（3）底板無支護(hù)。

圖2 現(xiàn)有巷道支護(hù)系統(tǒng)

2.2 巷道變形量

支護(hù)體可以較好地控制頂板下沉和兩幫收斂，但是對(duì)于防止底鼓還不夠。

為了觀測(cè)巷道底鼓量，采用十字交叉方法測(cè)量巷道移近量。發(fā)現(xiàn)巷道兩幫移近量不大，而無支護(hù)的底板變形量較大，達(dá)到700～1200mm，已經(jīng)嚴(yán)重影響到工作面正常生產(chǎn)。

3 數(shù)值模擬

為更加清楚底鼓變形的機(jī)理，建立FLAC3D數(shù)值模型進(jìn)行分析。模型采用M-C本構(gòu)模型，具體的巖石力學(xué)參數(shù)見表1。采用模擬模型尺寸：長(zhǎng)30m，寬10m，高21m，巷道斷面5m×3.5m。煤層埋深470m，容重25kN/m3。限制模型前后左右和底面五個(gè)面的位移，上部為自由面，施加11.75MPa垂直應(yīng)力，側(cè)邊施加12MPa的水平應(yīng)力（見圖3）。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)

圖3 初始狀態(tài)的數(shù)值模擬

圖4 巷道位移量和塑性區(qū)

通過觀測(cè)巷道的位移量，可明顯看到在垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的共同作用下，巷道底臌量達(dá)到1000mm。從巷道的塑性區(qū)可以看到，底板有較大部分進(jìn)入塑性狀態(tài)，造成巷道底板更加易破壞（圖4），從而驗(yàn)證了礦井實(shí)際生產(chǎn)中，巷道底板無支護(hù)底臌的移近量較大。巷道底板若不采取支護(hù)措施，必然會(huì)導(dǎo)致礦井生產(chǎn)活動(dòng)受限。

4 巷道底板加固

圖5 底板加固效果

考慮到巷道底板控制的重要性，采用整體進(jìn)行反底拱澆筑作業(yè)，開挖掉失效巖體形成強(qiáng)力基礎(chǔ)梁結(jié)構(gòu)，繼而進(jìn)行錨桿注漿加固（圖5），增加底板的抗剪切能力，減小水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力下的底板破壞。水平應(yīng)力Fx1和垂直應(yīng)力Fz1通過底角錨桿的作用，化為軸向方向的合力抵消部分作用；錨桿法向方向的合力增強(qiáng)，限制底板向中間涌出破壞，使得底板具有一定的抗彎特性。

5 結(jié)論

現(xiàn)有的支護(hù)體系主要是對(duì)頂板和兩幫進(jìn)行控制，而對(duì)底板控制較少。隨著采深和機(jī)械化程度的增高，底板破壞量越來越大，礦井實(shí)際的底臌量達(dá)到700～1200mm，嚴(yán)重影響正常礦井生產(chǎn)。通過模擬法也驗(yàn)證在地應(yīng)力的作用下，巷道底鼓量較大。為此，應(yīng)當(dāng)采用底板“反底拱+注漿+錨桿”支護(hù)，有效控制巷道的底臌。