閆春光

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)，山西 靈石 031302）

0 引言

近些年來，隨著礦井煤炭產(chǎn)量不斷增加、采掘深部不斷加深，采掘作業(yè)受地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯、水、粉塵等各因素影響更趨顯著，回采巷道圍巖控制較為困難[1-2]。采面回采巷道圍巖變形量大、底鼓等問題會(huì)影響巷道正常使用，給煤炭安全高效回采工作帶來威脅[3]。底鼓變形與巷道所處位置巖性、圍巖支護(hù)方式以及應(yīng)力分布狀態(tài)等有關(guān)，是一個(gè)較為復(fù)雜的物理、力學(xué)過程[4-5]。根據(jù)有關(guān)研究成果顯示，底鼓嚴(yán)重區(qū)域內(nèi)巷道底鼓量占頂?shù)装遄冃瘟康?0%以上，如何實(shí)現(xiàn)巷道底鼓量有效防止是煤炭開采期間需重點(diǎn)解決問題[6-8]。山西某礦隨著采深增加以及開采范圍增大，多個(gè)綜放工作面回采巷道出現(xiàn)底鼓變形量大問題，特別是采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)底鼓影響更為顯著，導(dǎo)致巷道有效使用斷面縮小、通風(fēng)阻力增大等問題，影響巷道正常使用以及采面回采。文中就以該礦21303 綜放工作面底鼓防治為背景，根據(jù)采面回采巷道現(xiàn)場情況針對(duì)性提出底鼓控制技術(shù)，為采面煤炭高效開采創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

21303 綜放工作面設(shè)計(jì)開采13#煤層，煤厚均值6.4 m、傾角5～12°，賦存較為穩(wěn)定，回采區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。21303 綜放工作面采高2.8 m、放煤高度3.6 m，煤層頂?shù)装逡陨皫r、泥巖、泥頁巖等為主，具體頂?shù)装鍘r性，如圖1 所示。采面設(shè)計(jì)推進(jìn)長度1 980 m、斜長為260 m，設(shè)計(jì)推進(jìn)速度為12 m/d。

圖1 13#煤層頂?shù)装鍘r性

21303 綜放工作面采面北側(cè)已回采完畢的21301綜放工作面采空區(qū)、南側(cè)為圈定的21305 綜放工作面待采區(qū)、西側(cè)為13#煤層輔運(yùn)大巷、東側(cè)為采區(qū)邊界。21303 綜放工作面回采的13#煤層直接頂為泥頁巖（厚度5.5 m）、底板為泥巖（厚3.5 m），頂?shù)装寰鶠槌休d能力較差的軟巖且遇水容易膨脹變形。在21303 綜放工作面回采期間回風(fēng)巷底鼓嚴(yán)重，底鼓量最大超過520 mm，巷道底鼓量大嚴(yán)重制約采面安全回采。

2 回采巷道底鼓分析

2.1 巷道斷面及支護(hù)參數(shù)

回采巷道圍巖變形量與巷道斷面積有密切關(guān)聯(lián)，21303 綜放工作面回采巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面，凈寬×凈高=3 300 mm×5 500，巷道斷面積大導(dǎo)致頂?shù)装逦灰屏科?，尤其是底板底鼓量占比較大。

回采巷道支護(hù)參數(shù)會(huì)直接影響圍巖穩(wěn)定性，若巷幫支護(hù)參數(shù)未能與圍巖變形特征相適應(yīng)性，勢必會(huì)增大底板底鼓量。21303 綜放工作面回風(fēng)巷圍巖采用錨網(wǎng)索梁支護(hù)方式，頂板布置5 根錨桿，靠近巷幫錨桿間距為1 400 mm、中部2 根錨桿間距為1 200 mm，錨桿排距均為1 500 mm；頂板布置4 根錨索，按照1 500 mm×1 500 mm 間排距布置;巷幫僅布置3 排錨桿，間排距為1 500 mm×1 500 mm，巷幫鋪設(shè)的金屬網(wǎng)未鋪設(shè)到底,具體支護(hù)斷面，如圖2 所示。巷幫下部未支護(hù)范圍裸露范圍大，底板在高水平應(yīng)力、高地應(yīng)力等作用下容易沿著滑移面向巷道內(nèi)擠出，導(dǎo)致嚴(yán)重底鼓問題。

圖2 巷道原支護(hù)斷面

2.2 周邊開采及護(hù)巷煤柱寬度

21303 綜放工作面北側(cè)及南側(cè)分別為采空區(qū)、未采煤層，在采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力、采動(dòng)壓力疊加作用下導(dǎo)致巷道底鼓量增加。

保護(hù)煤柱寬度直接影響回采巷道與鄰近采面間距離，進(jìn)而決定采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力對(duì)回采巷道影響程度。21303 回風(fēng)巷底鼓最為嚴(yán)重段出現(xiàn)在錯(cuò)車硐室附近，受錯(cuò)車硐室影響煤柱寬度由18 m 縮小至9 m。

3 底鼓控制技術(shù)

21303 回風(fēng)巷底板為承載能力較差的軟巖，厚度均值3.5 m，回風(fēng)巷道底鼓量整體較大。對(duì)回風(fēng)巷圍巖變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道巷幫靠近底板位置底鼓量較大，巷道底板破壞較為嚴(yán)重，同時(shí)實(shí)體煤幫處煤壁出現(xiàn)破斷片幫情況。根據(jù)圍巖變形特征提出以卸壓、加固為核心的底鼓防治技術(shù)，具體措施包括底板施工注漿鉆孔增強(qiáng)底板承載能力、巷幫及底板布置卸壓孔降低圍巖應(yīng)力集中程度、巷幫增設(shè)玻璃鋼錨桿提高支護(hù)強(qiáng)度。

3.1 卸壓鉆孔布置

為有效控制巷道底板底鼓及巷幫片幫問題，在巷幫及底板均布置鉆孔卸壓。在巷幫位置布置兩排卸壓鉆孔，卸壓孔垂直巷幫煤壁布置，卸壓孔直徑為150 mm、間距1.5 m、深度8 m；在巷道底部中心位置施工一個(gè)卸壓孔，鉆孔垂直巷道底板布置，孔徑150 mm、孔深4 m。為避免巷道水進(jìn)入到底板卸壓孔內(nèi)，在卸壓孔內(nèi)采用碎屑進(jìn)行充填。具體卸壓孔布置，如圖3 所示。

圖3 卸壓孔布置示意圖

3.2 注漿加固

在巷道底板施工注漿鉆孔，通過鉆孔將注漿漿液壓入到底板巖體裂隙中，增強(qiáng)底板巖體穩(wěn)定性及承載能力，以便改善巷道底板受力條件。

巷道底板兩側(cè)靠近巷幫500 mm 位置施工2 個(gè)注漿鉆孔，鉆孔均有25°～30°外插角，鉆孔深度為4 000 mm、孔徑為42 mm，間排距為2 400 mm×1 500 mm。注漿漿液選用水泥單液漿，注漿壓力3～5 MPa。

采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)方式強(qiáng)化回風(fēng)巷頂板、巷幫支護(hù)，在煤柱幫采用螺紋鋼錨桿、采面幫采用玻璃鋼錨桿強(qiáng)化支護(hù)；巷幫錨桿間排均為750 mm、排距1 500 mm；在巷道頂板靠近巷幫的錨桿、錨索間分別增設(shè)一個(gè)錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，補(bǔ)強(qiáng)錨索間距為3 000 mm、排距為1 500 mm。具體底板注漿鉆孔及圍巖強(qiáng)化支護(hù)設(shè)計(jì)，如圖4 所示。

圖4 底板注漿鉆孔及圍巖強(qiáng)化支護(hù)示意圖（單位：mm）

3.3 底鼓控制效果分析

采用卸壓孔+底板注漿+強(qiáng)化圍巖支護(hù)方式對(duì)21303 回風(fēng)巷底板底鼓問題進(jìn)行控制，并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。對(duì)底鼓控制措施應(yīng)用前后巷道底鼓量進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果，如圖5 所示。從監(jiān)測結(jié)果看出，底鼓控制措施應(yīng)用前后底鼓量變化均呈現(xiàn)緩慢增加-快速增加-平穩(wěn)趨勢；在底鼓控制措施應(yīng)用后30 d 內(nèi)底鼓量緩慢增加，30～60 d 底鼓量快速增加，60～90 d 底鼓量平穩(wěn)、基本不再增加；在底鼓治理措施應(yīng)用前監(jiān)測到底鼓量最大為262.3 mm 且底鼓量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，底鼓治理措施應(yīng)用后底鼓量最大為106 mm 且底鼓量基本不再增加，底鼓量較治理前降低約59.6%，現(xiàn)場采用的底鼓控制措施取得較為顯著成果。

圖5 底鼓量監(jiān)測曲線

4 結(jié)語

1）21303 綜放工作面回風(fēng)巷在底板承載能力差、采動(dòng)壓力、采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力以及地應(yīng)力等因素疊加作用下出現(xiàn)巷道底鼓量大問題，在一定程度制約巷道使用及采面生產(chǎn)。根據(jù)巷道圍巖變形特征并結(jié)合現(xiàn)場條件，提出采用卸壓孔+底板注漿+強(qiáng)化圍巖支護(hù)方式控制底鼓。

2）在巷幫靠近位置補(bǔ)打錨桿補(bǔ)強(qiáng)、在頂板靠近巷幫位置補(bǔ)打錨索補(bǔ)強(qiáng)，在采面幫及巷道底板布置卸壓孔降低圍巖應(yīng)力集中程度，在巷道底板布置注漿孔強(qiáng)化底板巖體強(qiáng)度。

3）現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道底鼓問題得以較好解決，最大底鼓量控制在106 mm 以內(nèi)，底鼓量較應(yīng)用前降低約59.6%，實(shí)現(xiàn)了底鼓變形有效控制。