劉東峰

（晉能控股煤業(yè)集團陽城大西煤礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

煤炭產(chǎn)業(yè)在我國能源結構中占有重要地位，煤炭資源的安全高效開采，對我國經(jīng)濟快速發(fā)展具有重要意義[1-2]。在煤炭資源開采過程中會遇到各種復雜的地質問題，其中軟巖巷道在開挖后，圍巖的原巖應力狀態(tài)會發(fā)生改變，巷道變形嚴重，包括頂板下沉、兩幫移近以及底鼓[3]。不同于其他巷道變形情況，底板變形經(jīng)常容易被忽視，在巷道掘進過程中很少對底板進行單獨支護，然而軟巖巷道一旦出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，其變形過程一般是持續(xù)性的，很難在短時間內(nèi)穩(wěn)定。巷道底鼓采用一般的支護手段難以控制，需要對底板變形機理進行分析并采取合理的控制技術[4]。

大西煤礦開拓大巷布置在煤層中，主要包括軌道大巷、回風大巷以及膠帶大巷。開拓大巷在服務于礦井開采過程中，出現(xiàn)了不同程度的底鼓現(xiàn)象，如圖1所示為軌道大巷底鼓治理區(qū)示意圖。為了治理巷道中的底鼓問題，通過現(xiàn)場調(diào)研以及理論分析，對巷道底鼓產(chǎn)生的原因進行分析，并設計出一套底板變形控制技術，能夠很好地抑制底板變形情況。

圖1 開拓大巷底鼓治理區(qū)示意圖

2 巷道底板變形機理分析

在軟巖巷道中，底鼓的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，其變形實質為巷道底板圍巖中的裂隙不斷發(fā)育，裂隙寬度和長度在增長過程中發(fā)生貫通，產(chǎn)生更大的裂隙。另外，底鼓產(chǎn)生原因與巷道周圍的應力變化、圍巖的流變特性以及底板泥巖遇水泥化膨脹等因素有關。

大西煤礦開拓巷道底板在巷道掘進過程中，由于受施工等因素影響一直未及時進行支護，底板圍巖由于開挖經(jīng)歷較長時間，已經(jīng)發(fā)生破碎或離層，直接采用錨索支護，其預緊力被離層隔斷，無法向深部圍巖傳遞，也不能實現(xiàn)有效擴散，支護效果會明顯降低，而被動支護難以改善圍巖狀態(tài)，無法保證巷道的長期穩(wěn)定。因此針對底鼓嚴重巷道采用注漿支護方式，改善底板圍巖巖性，有效控制底板變形。針對開拓大巷，尤其是局部軌道大巷底板變形長期得不到穩(wěn)定的情況，結合其圍巖裂隙發(fā)育的特點，提出采用錨網(wǎng)索注漿支護進行巷道底鼓控制。

3 底板變形控制技術

3.1 底鼓控制方案

通過對現(xiàn)場調(diào)研以及分析巷道底板變形產(chǎn)生的機理，提出一套完整的底鼓控制技術流程。

具體技術流程為：巷道掘進→錨網(wǎng)索及時支護→底板以上全斷面噴漿→頂板及兩幫中空注漿錨桿和注漿錨索注漿支護→軟弱節(jié)理巖層關鍵部位頂幫打補強錨索→底板淺部注漿→底板預埋中空注漿錨索→底板錨索注漿→安裝錨索托盤（或增加槽鋼梁）并預緊錨索→回填成巷。

其中底鼓控制方案為“淺部圍巖固化+深部高壓注漿+混凝土固化技術”。底板注漿示意圖如圖2。

圖2 底板注漿示意圖

首先漿液在低注漿壓力作用下滲透到底板淺部裂隙，固化底板淺部圍巖，阻止裂隙繼續(xù)發(fā)育，為高預應力錨索支護提供充足的錨固力。

淺部主動注漿后，底板圍巖基本恢復連續(xù)狀態(tài)，但底板深部的微裂隙和原生裂隙仍然是底板發(fā)生變形的隱患，因此需要對深部圍巖進行加固。采用注漿錨索對底板深部圍巖進行注漿，并施加高預緊力，從而增強底板圍巖的自承載能力，防止底板圍巖再次破壞。

3.2 底板支護設計

開拓大巷底板支護設計如圖3。底板注漿錨索和注漿錨桿布置間排距均為1600 mm×1600 mm，底板注漿錨桿距離兩幫250 mm。

圖3 底板注漿錨注布置參數(shù)圖

底板注漿施工具體流程如下：

（1）對巷道底板進行臥底，臥底深度超過設計巷道底板線200 mm以下。

（2）對底板淺部圍巖進行低壓注漿加固。

（3）采用底板鉆機鉆取直徑為42～50 mm的鉆孔，鉆孔深度為8000 mm。鉆孔每排3個，孔間距為1600 mm（根據(jù)巷道斷面調(diào)整），底板錨索孔距離兩幫1050 mm，孔排距1600 mm。

（4）成孔后進行預埋注漿錨索（有條件時選擇鳥籠錨索）。預埋直徑22 mm×7000 mm中空注漿錨索，垂直于巷道底板布置，中空注漿錨索的間距為1600 mm，排距為1600 mm。

（5）采用棉紗和水泥固定孔口管并封孔，對注漿錨索進行注漿，注漿壓力為4. 0～5.0 MPa。

（6）由于垂直向下鉆孔孔底可能有水，錨索必須等水泥漿固化具有強度后再施加預緊力。一般等注漿5～7 d漿液凝固后，安裝 300 mm×300 mm×16 mm的拱形托板，施加預緊力，張緊力不小于35 MPa，截斷后外露長度為 50～100 mm。

（7）對巷道底板進行回填加固，統(tǒng)一鋪設厚度200 mm的混凝土層。

具體支護材料參數(shù)見表1所示。

表1 底板支護材料及參數(shù)

3.3 工程效果檢驗

在現(xiàn)場應用后，為了檢驗底板注漿支護效果，通過布置礦壓觀測測站來監(jiān)測底板變形量。通過該測站對巷道57 d的底鼓量變形監(jiān)測，整理數(shù)據(jù)繪制隨著時間變化底板變形變化曲線，如圖4。

從圖4（a）中可以看出，巷道變形在后期基本穩(wěn)定，底鼓量累計為31.3 mm，通過采用底板注漿支護技術顯著改善了底板圍巖性質，使底板圍巖承載能力得到了很大的提升。

通過對底鼓變形速度分析可以更好地了解底板在不同階段的變形情況。從圖4（b）中可以看出，巷道在前期變形速度較快，最高達到2.25 mm/d，后期速度變化趨于平緩，說明巷道底板變形在逐漸放緩，進一步說明“淺部圍巖固化+深部高壓注漿+混凝土固化技術”在控制底板變形方面有很好的效果。

圖4 底板變形監(jiān)測情況

4 結論

（1）在軟巖巷道，底板發(fā)生底鼓現(xiàn)象的實質是巷道底板圍巖中的裂隙不斷發(fā)育，與巷道周圍的應力變化、圍巖巖性有關。

（2）針對底板變形機理，提出“淺部圍巖固化+深部高壓注漿+混凝土固化技術”，并對底板支護進行方案設計。通過底板注漿錨索施工，有效地控制住底鼓，底鼓量累計為31.3 mm，巷道底板變形速度逐漸放緩，表明底板注漿支護技術顯著改善了底板圍巖性質，使承載能力得到了很大的提升。