溫 超

（山西汾西礦業(yè)孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采掘深度增加，井下掘進(jìn)巷道圍巖變形控制難度不斷提升，特別是巷道掘進(jìn)斷面大時圍巖控制更為困難[1-3]。山西某礦15062 巷道設(shè)計斷面大、埋深超過680 m，巷道出現(xiàn)較為嚴(yán)重的底鼓問題，給巷道正常使用帶來嚴(yán)重影響。為此，文中以15062 巷底鼓防治為工程研究背景，對底鼓產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并針對性提出底鼓防治措施，現(xiàn)場取得較為顯著的應(yīng)用成果。

1 15062 巷工程概況

山西某礦15062 巷為采面回風(fēng)巷，巷道沿著5號煤層底板掘進(jìn)，巷道埋深平均680 m。5 號煤煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，厚度平均3.6 m，硬度0.8～1.5，中部夾雜有1～4 層泥巖矸石（單層厚度在0.35 m 左右）。1506 巷設(shè)計掘進(jìn)長度為1 950 m，沿著5 號煤層底板掘進(jìn)，煤層頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖以及細(xì)粒砂巖為主，具體巖性參數(shù)見表1 所示。

表1 頂?shù)装鍘r性參數(shù)

15062 巷設(shè)計斷面為矩形（凈寬×凈高=5.6 m×3.6 m），為煤層巷道。巷道東側(cè)為已經(jīng)回采完畢的1503 采面采空區(qū)，留設(shè)護(hù)巷煤柱寬度為10 m。15062巷采用錨桿（索）+金屬網(wǎng)+鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式，在巷道掘進(jìn)時圍巖基本穩(wěn)定，但是隨著15062 工作面回采巷道出現(xiàn)嚴(yán)重的底鼓問題。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)在采面回采期間15062 巷最大底鼓量達(dá)到873 mm，給巷道正常使用帶來嚴(yán)重影響。

2 15062 巷底鼓特征以及底鼓原因分析

2.1 底鼓特征

15062 巷在1506 工作面回采期間出現(xiàn)嚴(yán)重的底鼓、巷幫收斂問題。為了掌握底鼓特征，在15062 巷內(nèi)布置窺視鉆孔對圍巖變形特征進(jìn)行分析，具體在超前1506 工作面70 m 范圍內(nèi)布置3 個窺視鉆孔（鉆孔間距均為10 m、孔深3 m）。在窺視鉆孔與采面相距50 m 時開始記錄巷道底板巖層位移情況，具體結(jié)果見圖1 所示。

圖1 底板巖層位移量監(jiān)測曲線

從上圖看出[4-5]：

1）在距離巷道底板一定位置存在有位移零點(diǎn)（N0），在位移零點(diǎn)與巷道底板間巖層呈現(xiàn)上升狀態(tài)，在位移零點(diǎn)以下位置巖層呈下沉狀態(tài)，具體位移零點(diǎn)距巷道底板1.35 m。在巷道底板表面底鼓量最大達(dá)到873 mm，巖層下沉區(qū)域內(nèi)最大下沉量可達(dá)到142 mm。

2）在位移零點(diǎn)以上區(qū)域隨著與底板距離的增加，巖層上升位移量程下降趨勢；在位移零點(diǎn)（N0）以下區(qū)域隨著距離的增加，巖層下沉量呈先增加后降低的趨勢。

3）巷道底板位移零點(diǎn)將巷道底板巖層劃分為壓應(yīng)力區(qū)以及壓應(yīng)力區(qū)，具體零點(diǎn)位置為分界位置。

2.2 底鼓影響因素分析

2.2.1 巷道圍巖強(qiáng)度

15062 巷道圍巖為較為軟弱的巖層，在受到采面采動動壓影響下，圍巖在剪切以及拉伸應(yīng)力作用下容易出現(xiàn)破壞，從而惡化圍巖受力環(huán)境，進(jìn)一步降低圍巖承載力[6]。

2.2.2 圍巖應(yīng)力

15062 巷埋深平均680 m，巷道圍巖不僅承受大的地應(yīng)力作用，而且受到鄰近采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力影響。在圍巖水平應(yīng)力集中作用下15602 巷圍巖變形主要集中在巷道頂?shù)装逦恢茫挥捎谙锏赖装逦从兄ёo(hù)措施，同時底板巖層本身強(qiáng)度較低，底板巖層對水平應(yīng)力較為敏感。

2.2.3 圍巖原有支護(hù)形式

15062 巷頂板、巷幫均采用錨桿（索）+金屬網(wǎng)+鋼帶支護(hù)形式，錨桿（索）均垂直頂板、巷幫施工。由于采用的錨桿長度較短，使得圍巖自身支護(hù)強(qiáng)度較低；同時底板巖層承載能力不足，容易形成自由面，在水平應(yīng)力作用下即會出現(xiàn)變形，從而向巷道空間內(nèi)擠壓，出現(xiàn)嚴(yán)重底鼓問題[7]。

3 底鼓變形控制技術(shù)

3.1 巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

合理布置巷道支護(hù)參數(shù)可有效控制圍巖變形。針對現(xiàn)階段15062 巷錨桿長度較短，支護(hù)強(qiáng)度不足以及未對底板進(jìn)行支護(hù)問題，提出通過增加錨桿長度、優(yōu)化布置形式等方式對巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。具體優(yōu)化后的圍巖支護(hù)設(shè)計見圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后的圍巖支護(hù)設(shè)計（單位：mm）

將巷道巷幫采用的玻璃鋼錨桿由規(guī)格Φ18 mm×2 200 mm 改為Φ22 mm×2 800 mm；頂板螺紋鋼錨桿由規(guī)格Φ18 mm×2 400 mm 改為Φ22 mm×3 100 mm。巷幫以及頂板錨桿均采用全錨方式，從而有效限制巷道圍巖變形，將圍巖應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移；將巷道支護(hù)采用的規(guī)格Φ18 mm×6 300 mm 鋼絞線錨索改為Φ22 mm×7 500 mm。巷道頂板、巷幫邊緣錨桿由垂直頂板、巷幫布置改為與頂板、巷幫呈30°、45°角，從而增加幫角巖層強(qiáng)度。

3.2 底板巖層注漿加固

在實(shí)際生產(chǎn)過程中當(dāng)遇到巷道底鼓段較為嚴(yán)重時可先對底鼓段進(jìn)行拉低、硬化處理，后采用局部注漿方式來控制底鼓變形。注漿選用的漿液為水泥單液漿，在漿液添加一定量添加劑，從而提高注漿漿液性能以及可注性。將注漿漿液水灰比設(shè)計為2:1，注漿壓力設(shè)計為4～8 MPa，注漿孔孔深均為3.0 m，均垂直底板施工。注漿時漿液順著底板巖層裂隙擴(kuò)展，從而達(dá)到提高底板巖層強(qiáng)度以及穩(wěn)定性目的，從而有效限制底鼓變形。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在15062 巷中對圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并對底鼓量嚴(yán)重段進(jìn)行注漿加固后，巷道底鼓量得以有效控制。在受到1506 工作面回采影響時巷道底鼓量最大降低至256 mm，不會給巷道的正常使用以及通風(fēng)造成明顯影響，底鼓防治取得較為顯著的應(yīng)用成果。

4 結(jié)論

1）對引起16052 巷底鼓量較大的原因進(jìn)行分析，歸結(jié)起來主要為巷道圍巖本身承載能力以及抗變形能力差、巷道埋深深、原有巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計不合理以及采動動壓影響等。提出以強(qiáng)度圍巖支護(hù)強(qiáng)度以及底板巖層承載能力為核心的底鼓防治技術(shù)，并針對巷道圍巖變形特點(diǎn)對巷道支護(hù)參數(shù)、底板注漿加固參數(shù)等進(jìn)行設(shè)計。

2）通過強(qiáng)化巷道支護(hù)強(qiáng)度以及底板巖層承載能力，不僅改善了巷道底板受力環(huán)境，而且提高了底板巖層抗變形能力?，F(xiàn)場應(yīng)用后，巷道底鼓量控制在256 mm 以內(nèi)，較底鼓措施應(yīng)用前降低了617 mm，取得較為顯著的底鼓防治效果。