（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 臨縣 033200）

我國煤炭資源儲(chǔ)量豐富，約占到了總能源的70%。在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)對(duì)煤炭資源的回采，仍然是我國獲取能源的主要方式，而井工開采則是對(duì)煤炭資源進(jìn)行回采的主要手段[1]。經(jīng)過長期大規(guī)模的回采活動(dòng)，我國賦存條件優(yōu)越的煤炭資源已日益枯竭，為了保持較高的煤炭產(chǎn)量，不得不轉(zhuǎn)向開采那些埋藏很深、賦存環(huán)境較差的煤炭資源，隨之也帶來了巷道支護(hù)、維護(hù)等一系列難題，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的控制難度也急劇增加[2]。其中最為典型的礦井災(zāi)害便是底鼓，有些礦井的底鼓量甚至超過了1 m以上，嚴(yán)重制約著礦井的正常安全生產(chǎn)。而對(duì)巷道底鼓的治理又是一個(gè)較為復(fù)雜的問題[3]，需要探明底鼓的形成機(jī)制，并針對(duì)性的提出相應(yīng)的治理措施，諸多學(xué)者針對(duì)底鼓現(xiàn)象的治理也進(jìn)行了大量研究[4]。

1 工程概況

9-301工作面北部為西區(qū)暗斜井系統(tǒng)，南部為井田邊界，西部為正在施工的9-302工作面，東部為9-700工作面，地表多為公路且地勢(shì)相對(duì)平坦，河流相對(duì)較少。該工作面所開采9#煤。9#煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含1～2層夾矸，平均煤厚為5m，煤層傾角12°～36°，平均24°，為緩傾斜煤層。工作面采用走向長壁采煤法，一次采全高綜采放頂煤開采工藝，全部垮落法管理頂板。生產(chǎn)過程中采煤機(jī)通常采用端部斜切進(jìn)刀方式，放頂煤液壓支架采用ZF12000/22/35，共計(jì)101架，端頭支架則采用ZFG12000/24/35，共計(jì)12架。

9-3011巷道為9-301工作面進(jìn)風(fēng)、運(yùn)料巷道。巷道凈寬5m，凈高為3.1m，沿9#煤層頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)總長度1350 m。巷道頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，其中頂板錨索采用Φ22 mm×7300 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，第一排在巷中布置一根，第二排在距巷道中心左右1.5m處分別布置一根，以此循環(huán)，排距均為1.8 m。頂板錨桿采用Φ22 mm×2400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排布置6根，除巷道最外側(cè)的兩根錨桿與鉛垂線呈15°外，其余錨桿均垂直于頂板布置，間排距均為900 mm×900 mm。巷幫每排布置3根錨桿，間排距為1100 mm×900 mm，其中靠近巷道頂板和底板的錨桿與水平線的夾角均為10°，巷道具體的布置斷面見圖1。

圖1 巷道斷面支護(hù)

在9-301工作面回采的過程中9-3011巷道出現(xiàn)了嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象，底鼓量最大達(dá)到了1.5m，同時(shí)兩幫也出現(xiàn)了一定程度的片幫現(xiàn)象，幫部多根錨桿被剪斷，巷道破壞情況見圖2。

圖2 巷道破壞情況

2 巷道底鼓原因分析

2.1 頂?shù)装逦锢砹W(xué)參數(shù)測試

掌握巷道頂?shù)装鍑鷰r物理力學(xué)屬性對(duì)于探究巷道底鼓的原因，制定相關(guān)治理措施具有重要意義。在9-3011巷道頂?shù)装暹x取合適的位置打鉆取芯，并將所取巖芯密封后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物理力學(xué)參數(shù)測試，將測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 巷道頂?shù)装鍑鷰r力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

從表1中可以看出巷道頂板上方有一層0.5m的偽頂，直接頂為6m的泥質(zhì)灰?guī)r，老頂則為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖。由測試結(jié)果可知直接頂、老頂以及9#煤層的圍巖強(qiáng)度均比較高，9-3011巷道的直接底為3.5 m厚的泥巖，該巖層強(qiáng)度偏低，老底則為4.2 m厚的細(xì)粒砂巖。

2.2 直接底礦物成份鑒定

9-3011巷道底板破壞嚴(yán)重，且巷道頂板存在著少量的淋水現(xiàn)象，為了探究直接底遇水軟化特性的強(qiáng)弱，將所取到的直接底巖芯帶回實(shí)驗(yàn)室并對(duì)其礦物成份以及吸水破壞性進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示直接底的主要礦物成份為伊蒙混層、高嶺石以及伊利石，含量分別達(dá)到了15%、58%和17%，除此之外還含有少量的綠泥石。與此同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)巷道直接底泥巖的吸水性進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見圖3。

圖3 底板泥巖吸水抗壓強(qiáng)度變化曲線

從圖中曲線可以看出底板泥巖具有較強(qiáng)的吸水性，且在前20 h內(nèi)吸水速率較快，之后隨著時(shí)間的推移，吸水性逐漸減弱并最終達(dá)到飽和，泥巖的強(qiáng)度也會(huì)隨著該巖層的吸水而不斷下降，在測試期間強(qiáng)度由最初的24.7MPa逐漸下降至10.8MPa，由此可知9-3011巷道頂板的淋水現(xiàn)象會(huì)引起底板泥巖的軟化。

2.3 工作面采動(dòng)對(duì)巷道底板的破壞影響

由于9-3011巷道距離工作面較近，在工作面超強(qiáng)采動(dòng)壓力影響下，必然會(huì)對(duì)9-3011巷道底板的破壞產(chǎn)生影響。為了探究工作面的回采活動(dòng)與巷道底板破壞程度之間的關(guān)系，在9-3011巷道內(nèi)距工作面的不同位置設(shè)置測站，對(duì)巷道底鼓量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制成曲線見圖4。

圖4 巷道底鼓量與工作面距離關(guān)系

從圖中曲線可以看出在距工作面370m范圍內(nèi)巷道底鼓量與距工作面的距離密切相關(guān)，距工作面越遠(yuǎn)，巷道底鼓量越大，最大達(dá)到了985 mm。當(dāng)巷道距離工作面400～600m時(shí)，隨著距離的增加，巷道底鼓量有所減緩，當(dāng)工作面距離巷道超過600m時(shí)，底鼓量基本穩(wěn)定在400 mm左右，由此可知巷道底鼓量受采動(dòng)影響較大，在超前支撐壓力的影響下巷道兩幫側(cè)向壓力隨之增大，進(jìn)而造成巷道底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.4 巷道底鼓原因分析

通過上述分析可將9-3011巷道底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重的原因歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：

（1）巷道直接頂、老頂以及9#煤層的強(qiáng)度偏高，而直接底為泥巖，該巖層強(qiáng)度偏低，且頂板存在著少量的淋水現(xiàn)象，而底板泥巖含有較多的伊蒙混層、高嶺石以及伊利石等礦物成份，吸水易軟化，同時(shí)圍巖內(nèi)部易產(chǎn)生松散、崩解等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致其強(qiáng)度急劇下降。

（2）巷道頂板及兩幫的支護(hù)強(qiáng)度偏低，底板則沒有采取任何支護(hù)措施，導(dǎo)致垂直應(yīng)力通過幫部傳遞到底板，而底板圍巖強(qiáng)度偏低，在強(qiáng)大的垂直應(yīng)力作用下易發(fā)生擠壓破碎。

（3）9-3011巷道受采動(dòng)影響較大，在超前支撐壓力的影響下，巷道兩幫側(cè)向壓力隨之增大，進(jìn)而造成巷道底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重。

（4）巷道底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重進(jìn)而誘發(fā)了巷道幫部的片幫，巷道幫部的片幫又加重了巷道的底鼓，從而形成了惡性循環(huán)。

3 治理措施研究

針對(duì)巷道的底鼓原因，現(xiàn)提出如下治理措施對(duì)其進(jìn)行治理：

1）加強(qiáng)對(duì)巷道頂板和幫部的支護(hù)，頂板錨索在原方案的支護(hù)基礎(chǔ)上排距由原來的1800 mm縮減至900 mm，幫錨桿的排距則由原來的900 mm縮減至800 mm。由于巷道底板圍巖強(qiáng)度較低且遇水易軟化，故需要對(duì)巷道底板進(jìn)行加固；在加固時(shí)對(duì)底板加打預(yù)應(yīng)力錨桿和注漿錨桿，并將其布置在同一排，注漿錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿交替布置。在布置時(shí)距離幫角1000 mm處布置1根注漿錨桿，與注漿錨桿間距1000 mm再布置一根預(yù)應(yīng)力錨桿，依次循環(huán)；底板每排共布置4根錨桿，錨桿排距為800 mm，底板預(yù)應(yīng)力錨桿的型號(hào)同頂板的一致。注漿錨桿的長度為2.4m，直徑則為40 mm，注漿段每隔100 mm鉆一個(gè)8 mm的小孔，相鄰小孔互相垂直布置，巷道斷面支護(hù)見圖5。

圖5 巷道斷面支護(hù)

2）對(duì)巷道底板進(jìn)行注漿時(shí)，注漿材料選用普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1，固管、跑漿、封孔時(shí)可用水泥加水玻璃雙漿液。由于底板泥巖強(qiáng)度偏低，故對(duì)其進(jìn)行注漿時(shí)最大注漿壓力設(shè)為2MPa，每個(gè)注漿錨桿約注入3袋水泥，當(dāng)有漿液溢出時(shí)停止注漿，當(dāng)漿液初凝后再注。

4 工程監(jiān)測

由于工作面前方200m處巷道受超前采動(dòng)影響較大底鼓嚴(yán)重，治理措施實(shí)施后在該處布置測站并對(duì)其圍巖變形展開了為期一個(gè)月的現(xiàn)場監(jiān)測，將監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)繪制成曲線見圖6。從圖中可以看出在對(duì)頂?shù)装宀扇〖訌?qiáng)支護(hù)+底板注漿措施后，9-3011巷道兩幫收斂量最終穩(wěn)定在227 mm，頂?shù)装逡平孔罱K穩(wěn)定在327 mm，而在治理前該巷的底鼓量處于700～1500 mm之間，由此可見，治理措施對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的控制效果較好，滿足礦井的正常安全生產(chǎn)。

圖6 巷道圍巖變形隨監(jiān)測時(shí)間的變化曲線

5 結(jié)語

1）9-3011巷道頂板存在少量的淋水，而該巷直接底為泥巖，強(qiáng)度較低且遇水易軟化，頂板和兩幫支護(hù)強(qiáng)度偏低，頂板上覆巖層重量易通過巷幫傳遞到底板；同時(shí)該巷為回采巷道，受工作面的采動(dòng)影響較大，在上述因素的共同作用下巷道底鼓嚴(yán)重，同時(shí)還存在著一定程度的片幫。

2）針對(duì)巷道破壞原因，針對(duì)性的提出了加強(qiáng)支護(hù)+底板注漿的聯(lián)合治理措施，現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明巷道圍巖的穩(wěn)定性控制效果較好，底鼓現(xiàn)象得到了有效解決，滿足礦井的正常安全生產(chǎn)。