曹三平

（呂梁市應(yīng)急管理局，山西 呂梁 033000）

0 引言

隨著，煤炭資源開采逐步向著深部礦井進行轉(zhuǎn)移。開采的深度接近甚至超過千米，隨著開采深度不斷深入，使得礦井巷道的圍巖應(yīng)力狀態(tài)變得十分復(fù)雜，受到工程擾動及開采深度的影響，礦山的壓力顯現(xiàn)情況更加明顯，此時巷道巖體出現(xiàn)明顯的軟巖特性，圍巖蠕變現(xiàn)象加強，使得巷道的支護變得十分困難。不僅造成巷道支護及維護的成本大幅度增加，同時耗費大量人力物力，但支護效果有時并不能達到預(yù)期效果，巷道支護失效失穩(wěn)現(xiàn)象屢見不鮮[1-2]。底鼓問題是影響巷道圍巖穩(wěn)定性的重要難題，對巷道進行支護控制研究十分重要[3]。以賀西礦3316（以下簡稱3316）綜采工作面為工程背景，由于其處于高應(yīng)力位置，巷道圍巖變形明顯，同時底鼓劇烈，所以本文以綜合數(shù)值模擬、工程實踐等方法對深部高應(yīng)力軟巖巷道底鼓支護進行研究，為礦井安全高效開采作出一定參考。

1 礦井概況

賀西煤礦位于河?xùn)|煤田中部，柳林縣城東南12 km,井田面積18.9 km2，礦井核定生產(chǎn)能力300 萬t/a，目前開采山西組3 號、4 號煤層，3316 綜采工作面主要開采三采區(qū)3 號煤層，綜采工作面運輸順槽長度935 m，運輸順槽口至回風(fēng)大巷南側(cè)長度為45 m，停采線為40 m，可回采長度850 m，工作面傾向長度145 m，埋藏深度231.4 m，2 號煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤層厚度2.80～3.38 m，平均為3 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～2 層夾矸。頂板主要為粉砂巖，局部為泥巖或砂質(zhì)泥巖，底板多為泥巖，局部為粉砂巖，煤層傾角3°～8°，平均為5°。

3316 綜采工作面巷道斷面為半圓拱，斷面凈高為4 850 mm，凈寬6 000 mm，斷面凈面積為25.24 m2，原支護采用“錨網(wǎng)索噴+錨索+壁后注漿”聯(lián)合支護方式。錨桿采用KMG22-600 型尺寸Φ22 mm×3 000 mm的高強樹脂錨桿，間排距700 mm×700 mm，每支錨桿配MSCK2850、MSK2850 型樹脂藥卷各一卷，每排19根。錨桿托盤采用尺寸為Φ150 mm×10 mm 的碟形托盤，金屬網(wǎng)采用鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為80 mm×80 mm。錨索采用尺寸為Φ21.6 mm×8 000 mm 的絲鋼鉸線，間排距為1 400 mm×1 400 mm，每支錨索分別配備MSCK2850、MSK2850 型樹脂藥卷一卷，每排9 根，錨索托盤采用Φ300 mm×14 mm 碟形托盤。同時采用全斷面注漿，設(shè)置深孔和淺孔注漿，注漿孔的間排距1 500 mm×1 500 mm，每排10 根，設(shè)置淺孔1.5 m，深孔長度2.5 m。

在原有支護方案下通過對巷道底鼓的動態(tài)監(jiān)測分析可以看出，巷道底鼓變形較為嚴(yán)重，支護體系嚴(yán)重失穩(wěn)，在原有補強方案中，主要針對頂板及兩幫進行補強支護，對底板的治理主要為打設(shè)幫、底腳錨桿，治理效果不明顯。因此對底板進行有效的治理，避免巷道反復(fù)出現(xiàn)劇烈底鼓對于巷道穩(wěn)定十分必要。

2 巷道底板控制研究

針對巷道底鼓問題提出底板卸壓方案，底板卸壓法是一種常見的降低集中程度的方法，本質(zhì)是改變巷道底板巖層結(jié)構(gòu)，從而打破巷道內(nèi)部巖體整體連續(xù)狀態(tài)，將原有應(yīng)力形式進行改變，轉(zhuǎn)移應(yīng)力峰值，形成底板卸壓帶，使得底板處于低應(yīng)力范圍，達到控制底鼓的目的。目前底板卸壓主要方法有切槽卸壓和爆破卸壓兩種，對兩種方案進行對比擇優(yōu)，方案一為在巷道底板中心布置卸壓槽，切槽寬度為500 mm，切槽深度設(shè)定為1 500 mm；方案二在巷道底板進行爆破鉆孔布置，鉆孔深度為13 m，鉆孔直徑為75 mm，間排距為5.6 m×6 m，裝藥長度和直徑分別為1.2 m 和35 mm，裝藥量為1.2 kg。對兩種方案進行必選，選定FLAC3D數(shù)值模擬軟件進行研究，根據(jù)巷道實際地質(zhì)條件，進行模型的建立，對模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分遵循巷道邊緣細，模型邊界粗的原則，對模型進行邊界條件設(shè)定，完成上述操作后，對模型進行計算，兩種方案下巷道垂直位移如圖1 所示。

圖1 巷道垂直位移云圖

如圖1、圖2 所示可以看出，采用切槽和爆破卸壓兩種方式均能夠有效減少巷道的底鼓問題，對比兩種卸壓方案下巷道底板中心位移量，發(fā)現(xiàn)爆破卸壓后底鼓量最大值為0.28 m，而切槽卸壓的底鼓量最大值為0.56 m，爆破卸壓比切槽卸壓最大底鼓量降低了100%。同時切槽后，此時底板由于應(yīng)力作用向著切槽位置不斷擠壓，極有可能導(dǎo)致切槽位置不均質(zhì)巖性巖層出現(xiàn)不均勻變形量，從而導(dǎo)致切槽閉合后底板出現(xiàn)高度不一致現(xiàn)象，嚴(yán)重時會影響兩幫圍巖穩(wěn)定。所以綜合考慮后選定爆破方式對底板進行卸壓。

圖2 底板注漿及錨索布置示意圖（單位：mm）

圖2 垂直位移量

經(jīng)過分析后，決定在巷道600～650 m 位置采用底板注漿+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案，在巷道650～700 m 位置采用底板爆破卸壓方案。

1）方案一。對底板進行注漿+錨網(wǎng)索支護。在巷道的底板布設(shè)注漿孔注漿，并通過錨索孔安裝底板錨索，在通過注漿提高底板抗變形能力的基礎(chǔ)上，聯(lián)結(jié)底板破碎巖層，避免塌孔。同時錨索能夠加固底板，從而提高巷道底板穩(wěn)定性。具體施工順序如下：噴止?jié){層→注漿（淺孔）→打設(shè)錨索→安裝錨網(wǎng)索→注漿(深孔)→進行回填。

2）方案二。底板爆破切底。在巷道幫腳打設(shè)爆破孔，通過三級乳化炸藥進行深孔爆破。具體施工順序如下：打眼→裝藥→爆破。

通過對施工效果進行分析，確定施工方案的可行性。

對底板澆筑錨索布置進行施工，由于軟巖巷道底鼓較為嚴(yán)重，巖層存在破碎情況，所以為了防止淺孔注漿時漿液漏漿，在施工前，噴射砼地，對底板進行封閉。進行淺孔注漿，保證巖層完整性，避免打設(shè)深孔錨索時出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。選用淺孔注漿的主要注漿材料為425 號普通硅酸鹽水泥混合高效凝固劑。注漿孔間距設(shè)定為2 000 mm×2 000 mm，注漿孔深度為3 000 mm。同時在底板施工Φ75 mm 的大孔徑鉆孔，沿著底板進行垂直布設(shè)。錨索長度為8 m，間排距1 200 mm×1 200 mm，錨索預(yù)緊力為100 kN。底板注漿及錨索布置示意圖如2 所示。爆破卸壓在底板布置底板炮孔，炮孔長度約為13 m。采用三級乳化炸藥，采用毫秒延期電雷管，藥卷規(guī)格為Φ35 mm×200 mm，每孔6 卷，間排距設(shè)定為5.6 m×6 m，巷道試驗爆破長度50 m，爆破孔共施工8 排，每排2 孔。

對巷道試驗段的底板巖層活動規(guī)律進行監(jiān)測，在巷道內(nèi)部布置7 個監(jiān)測巷道，分別監(jiān)測未處理段底板、注漿錨索加固段底板及爆破試驗段底板，分別在巷道底板處間隔一定距離設(shè)置位移監(jiān)測站。在巷道600～700 m 處的試驗巷道監(jiān)測施工完成后，對巷道試驗段進行為期兩個多月的監(jiān)測，巷道底板垂直位移變形曲線如圖3 所示。

圖3 巷道底板垂直位移變形曲線

從圖3 可以看出，隨著監(jiān)測天數(shù)的不斷增加，巷道底板垂直位移變化曲線均呈現(xiàn)逐步增大的趨勢，但在未進行處理段的監(jiān)測點巷道底板垂直位移量增加的趨勢明顯大于爆破卸壓及切槽卸壓段，爆破卸壓與切槽卸壓段的底板變形量均處于可控狀態(tài)，巷道底板垂直變形量最大值在42 mm 左右，所以兩種方案均能使巷道底鼓量得到有效控制，兩種方案均可行。

3 結(jié)論

1）對原有支護方案下巷道底板變形量進行分析，發(fā)現(xiàn)原有支護方案下巷道底鼓變形較為嚴(yán)重，支護體系嚴(yán)重失穩(wěn)。

2）對切槽卸壓和爆破卸壓效果進行分析，通過模擬得出爆破卸壓較切槽卸壓的底鼓量控制效果更好，所以確定爆破卸壓方案。

3）在巷道600～650 m 位置采用底板注漿+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案，在巷道650～700 m 位置采用底板爆破卸壓方案，經(jīng)過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)兩種方案均能滿足巷道底板控制要求。