郭 忍

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

引言

當(dāng)開(kāi)采的煤炭資源底板為軟巖時(shí)，底鼓控制成為制約巷道使用安全的重要方面[1-3]。軟巖常表現(xiàn)出強(qiáng)度低、容易風(fēng)化以及遇水崩解等特征，特別是巷道底板為弱膠結(jié)軟巖時(shí)，底板呈現(xiàn)出底鼓速度快、隆起量大以及變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，給巷道使用帶來(lái)較大影響[4]。為此，眾多的研究學(xué)者通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)值模擬等方面對(duì)軟巖巷道底鼓成因進(jìn)行分析，并針對(duì)性提出底鼓防治技術(shù)，研究成果為軟巖巷道底鼓控制提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)[5-7]。文章就在前人研究成果基礎(chǔ)上，以山西某礦21103 運(yùn)輸石門底鼓治理為工程背景，對(duì)巷道底鼓成因進(jìn)行分析并提出以強(qiáng)化底板巖層強(qiáng)度以及承載能力為核心的底鼓控制技術(shù)。研究成果可為其他礦井類似情況下軟巖巷道底鼓治理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

山西某礦主采煤層包括有21-1#、21-2#煤層，7#煤層以及11#煤層等4 層煤，現(xiàn)階段礦井回采主要集中在21-1#及21-2#煤層，煤層厚度平均分別為5.6 m、3.3 m。煤層層間距平均為35 m，層間巖性以軟弱的泥巖、炭質(zhì)泥巖以及粉砂巖等為主。

21103 運(yùn)輸石門設(shè)計(jì)斷面為直墻半圓拱形，巷道長(zhǎng)度為105 m，用以聯(lián)絡(luò)21-1#煤層2113 回風(fēng)巷與21-2#煤23-2 主運(yùn)巷，巷道位于21-1#煤層底板，具體巷道位置關(guān)系，如圖1 所示。21103 運(yùn)輸石門采用錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，底板未支護(hù)。巷道掘進(jìn)期間發(fā)現(xiàn)底板出現(xiàn)一定程度底鼓問(wèn)題，同時(shí)底鼓表現(xiàn)出速度快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)以及底鼓量大等問(wèn)題，給巷道使用帶來(lái)較大影響；同時(shí)若后期持續(xù)對(duì)底鼓進(jìn)行處理，可能會(huì)影響圍巖支護(hù)體系穩(wěn)定性。

圖1 巷道位置示意圖

2 巷道底鼓原因分析

2.1 巷道底板巖性以及結(jié)構(gòu)

巷道底板巖層性質(zhì)、巖層結(jié)構(gòu)以及軟軟程等均會(huì)對(duì)底鼓有一定影響。當(dāng)巷道底板為堅(jiān)硬巖層時(shí)，通常巷道底板較為穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)底鼓問(wèn)題；而當(dāng)?shù)装鍨檐泿r時(shí)，由于巖層自身強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及抗變形能力較差，在地應(yīng)力、圍巖應(yīng)力等作用下，巖層容易出現(xiàn)變形進(jìn)而導(dǎo)致底鼓發(fā)生。

21103 運(yùn)輸石門底板以炭質(zhì)泥巖、泥巖為主，為典型的軟巖，同時(shí)巖層表現(xiàn)出遇水崩解、脆性大等特點(diǎn)；加之巷道底板未進(jìn)行支護(hù)，僅采用C25 水泥進(jìn)行硬化，當(dāng)巷道頂板以及巷幫均進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)時(shí)，底板會(huì)出現(xiàn)一定程度應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致巷道底鼓發(fā)生。

2.2 圍巖應(yīng)力及支護(hù)強(qiáng)度

巷道掘進(jìn)會(huì)導(dǎo)致圍巖內(nèi)應(yīng)力重新分布，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)底板巖層承載能力時(shí)，往往導(dǎo)致底鼓發(fā)生。21103運(yùn)輸石門附近存在有絡(luò)21-1# 煤層2113 回風(fēng)巷與21-2# 煤23-2 主運(yùn)巷，上述兩條巷道會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸石門位置出現(xiàn)一定程度應(yīng)力集中，特別是圍巖水平應(yīng)力會(huì)明顯增大。21103 運(yùn)輸石門頂板以及巷幫均采用錨網(wǎng)噴+錨索方式支護(hù)圍巖，底板僅采用C25混凝土硬化，圍巖支護(hù)體系中底板為最薄弱區(qū)，在底板水平壓力作用下底板出現(xiàn)一定程度隆起，從而出現(xiàn)底鼓。

2.3 水弱化

21103 運(yùn)輸石門底板有一定的積水，在水作用下巷道底鼓問(wèn)題更為明顯。具體水對(duì)軟巖巷道底鼓影響主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：底板軟巖被水浸泡后強(qiáng)度有所降低，底板更容易被破壞；巷道底板中存在有黏土（伊利石以及高嶺石等），遇水后會(huì)出現(xiàn)破裂、崩解等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)完全喪失強(qiáng)度；底板中含有的蒙脫石會(huì)膨脹變形，從而導(dǎo)致底板出現(xiàn)膨脹性底鼓。

3 底鼓控制技術(shù)

通過(guò)對(duì)底鼓成因分站得知，采用單獨(dú)的混凝土硬化或者錨網(wǎng)噴等方式均無(wú)法對(duì)軟巖巷道底鼓進(jìn)行控制。為此文中提出綜合使用多種方式對(duì)21103 運(yùn)輸石門底鼓問(wèn)題進(jìn)行治理，具體采取的支護(hù)措施為：錨梁、網(wǎng)噴、錨桿+澆筑混凝土等，巷幫以及頂板支護(hù)方案保持不變。具體巷道采取的底鼓治理措施，如圖2所示。

圖2 底鼓治理示意圖（單位：mm）

支護(hù)采用的螺紋鋼錨桿規(guī)格為Φ22mm×2400mm，將螺紋鋼錨桿置于錨梁上，一排按照1 200 mm 間距布置3 根錨桿，除去底角錨桿為75°角，其余錨桿均垂直底板布置；采用的錨梁為鋼筋帶（用Φ20 mm 圓鋼焊制），長(zhǎng)3 000 mm、寬200 mm，單根錨量采用3 根錨桿固定；鋼筋網(wǎng)采用Φ8 mm 圓鋼編制而成，網(wǎng)孔規(guī)格為80 mm×80 mm。在巷道底板澆筑C25 混凝土，混凝土分兩次澆筑，其中一次澆筑厚度為300 mm；第二次澆筑厚度為400 mm，通過(guò)澆筑混凝土提高底板巖層強(qiáng)度以及承載能力。

在21103 運(yùn)輸石門采用的底鼓支護(hù)技術(shù)充分發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)以及被動(dòng)支護(hù)圍巖控制效果，以錨梁、錨桿為主的主動(dòng)支護(hù)方式可提高底板軟巖整體強(qiáng)度以及承載能力，充分發(fā)揮圍巖自身穩(wěn)定性來(lái)降低底鼓發(fā)生量；通過(guò)底板澆筑混凝土、網(wǎng)噴構(gòu)成被動(dòng)支護(hù)，提高底板巖層整體剛度，抑制底板底鼓?，F(xiàn)場(chǎng)采用的底鼓控制方案可與巷幫以及頂板支護(hù)方案形成一個(gè)封閉的圍巖控制體系，從而實(shí)現(xiàn)圍巖變形有效控制。

4 應(yīng)用效果分析

在21103 運(yùn)輸石門采用主動(dòng)、被動(dòng)支護(hù)方式對(duì)底鼓進(jìn)行治理后，對(duì)底板變形進(jìn)行為期3 個(gè)月監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖3 所示。

圖3 圍巖變形監(jiān)測(cè)曲線

從監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，巷道采用上文所述底鼓治理措施后，底板隆起速度顯著降低，在措施應(yīng)用后的10 d內(nèi)，底板隆起速度較巷幫及頂板收斂量較小，措施應(yīng)用10 d～40 d 時(shí)底板隆起速度逐漸降低，措施應(yīng)用50 d 后底板隆起基本不再增加。在監(jiān)測(cè)期間巷幫收斂量以及底板隆起量分別為38 mm、59 mm，較應(yīng)用前分別降低80%、83.8%，現(xiàn)場(chǎng)采用的防治措施有效提高了巷道圍巖支護(hù)強(qiáng)度以及整體穩(wěn)定性，可有效抑制圍巖變形。

5 結(jié)語(yǔ)

21103 運(yùn)輸石門底板為軟巖，具有膠結(jié)性差、遇水容易崩解、強(qiáng)度低以及承載能力差等特點(diǎn)，巷道底板在掘進(jìn)開(kāi)挖后呈現(xiàn)隆起速度快、隆起量大等問(wèn)題，給巷道使用及后續(xù)掘進(jìn)帶來(lái)較大安全制約。從底板巖性、受力、圍巖支護(hù)以及水等方面對(duì)底板隆起原因進(jìn)行分析。

提出通過(guò)主動(dòng)+被動(dòng)支護(hù)方式對(duì)底鼓進(jìn)行治理，具體為錨梁、網(wǎng)噴、錨桿+澆筑混凝土，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后巷道底板在支護(hù)完成50 d 后變形即趨于穩(wěn)定，最終隆起量控制在38 mm 以內(nèi)，取得顯著底鼓控制效果。