兌鎮(zhèn)煤礦31102工作面順槽底鼓原因分析及控制

康繼忠，吳雪飛

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西 呂梁 033000）

兌鎮(zhèn)煤礦31102工作面順槽底鼓原因分析及控制

康繼忠，吳雪飛

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西 呂梁 033000）

通過分析兌鎮(zhèn)煤礦31102工作面巷道出現(xiàn)嚴(yán)重快速底鼓現(xiàn)象的原因，提出了采用錨網(wǎng)索耦合支護(hù)技術(shù)控制巷道底鼓的方案。

耦合支護(hù)；底鼓；控制

1 兌鎮(zhèn)煤礦31102采煤工作面概況

31102 工作面位于兌鎮(zhèn)煤礦三采區(qū)東翼，工作面兩巷沿煤層掘進(jìn)，留有0.8 m～1.2 m的底煤。31102工作面開采10號～11號合并層，平均厚度7.24 m，煤層普氏系數(shù)f=1.5～2，煤層埋藏穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有0.05m～0.20m數(shù)層夾石。9號煤層厚度1.59m，與合并層間距在0.7 m～1.1 m，巖性為泥巖，9號煤直接頂為K2灰?guī)r，堅硬，但大多數(shù)薄層存有偽頂，易跨落；合并層10號～11號煤直接底為粘土泥巖，遇水膨脹。31102工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤工藝。工作面頂板控制采用全部垮落法控制頂，采空區(qū)頂板隨著支架前移自行垮落充填。

2 底鼓原因分析

兌鎮(zhèn)煤礦三采區(qū)多個工作面順槽巷道均發(fā)生了底臌現(xiàn)象，其中31102采煤工作面順槽巷道底臌現(xiàn)象最為明顯，其發(fā)生的主要原因有以下4點：

（1）人為采掘使得處于平衡的圍巖應(yīng)力破壞，通過人工支護(hù)保持這種應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，剛性的人為支護(hù)暫時阻止了明顯的變形，內(nèi)部蠕變通過底板慢慢的釋放；巷道的兩幫和頂板都有錨網(wǎng)支護(hù)，而巷道底板沒有采取任何形式的支護(hù)措施。而且巷道底板下面有0.8 m～1.2 m煤層，煤層相對于巖層強度低，自身的承壓能力低，在圍巖的高應(yīng)力條件下產(chǎn)生底板變形底鼓。（2）煤柱的留設(shè)寬度也是產(chǎn)生底鼓的一種原因，一般說來煤柱留設(shè)寬度增大，煤柱傳遞給底板的力增加。31102工作面運輸順槽與相鄰的31104工作面運輸順槽之間煤柱為39 m，31102工作面回風(fēng)順槽與相鄰的31105工作面運輸順槽間煤柱為27m。（3）巷道布置的位置，31102工作面部分巷道布置在褶曲地帶，使得彈性變形能得不到有效釋放，可能在圍巖體兩幫產(chǎn)生擠壓變形，之后能量進(jìn)一步向底板轉(zhuǎn)移，促使底板抬高、鼓出。（4）31102工作面回風(fēng)順槽的淋水，對整個底板的應(yīng)力場造成了較大的影響，頂板和巷幫的流水使得巷道經(jīng)常積水，底板的煤和鋁土泥巖浸水后強度有一定程度的弱化，容易破壞產(chǎn)生底鼓。

3 巷道底鼓控制設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

31102 工作面順槽巷道出現(xiàn)底鼓主要原因是由于上覆巖層應(yīng)力造成的，可通過增加巷道頂板的整體性來控制巷道底鼓。通過加強巷道頂板的整體性，接近原巖應(yīng)力，可以從根源上抑制底鼓的產(chǎn)生。

3.2 設(shè)計方案

增加巷道頂板的整體性，可采用對巷道頂板實施耦合支護(hù)來實現(xiàn)。對巷道頂板實施耦合支護(hù)后，由于錨索的擠壓加固作用和組合梁(拱)作用，提高了頂板巖梁的強度和彈性模量，從而大大改善了頂板的穩(wěn)定性，減小了直接頂通過兩幫傳遞到底板的壓力，有效緩解了巷道底鼓的發(fā)生。見圖1。

3.3 31102工作面順槽巷道錨網(wǎng)索耦合支護(hù)設(shè)計

3.3.1 錨桿支護(hù)參數(shù)計算

根據(jù)三采區(qū)31102工作面兩巷地質(zhì)條件，依據(jù)懸吊理論計算錨桿支護(hù)參數(shù)。懸吊理論進(jìn)行錨桿支護(hù)長度L，計算公式為：

式中：L為錨桿長度，m；L1為錨桿外露長度，取100 mm；L2為錨桿錨固長度，取1300 mm；L3為錨桿有效長度，取800mm。

代入公式 (1)計算得到錨桿的長度L為2200 mm。按照理論計算，錨桿長度L為2200mm。

圖1 頂板錨索耦合支護(hù)控制力學(xué)模型

錨桿直徑由下式得出：

式中：d為錨桿直徑，m；Q為錨桿錨固力，取0.180MN；σt為桿體材料的抗拉強度，取498MPa。

按照理論計算，代入公式(2)，計算可得錨桿直徑d為22mm。

錨桿的間排距由公式（3）給出：

式中：K為安全系數(shù)，取5.3；γ為不穩(wěn)定巖層平均重力密度，取0.025MN/m3。

根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果，得到錨桿間排距a為1.02m。按照上述理論計算，三采區(qū)31102運輸巷錨桿的間排距取900 mm×1000 mm。根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果，31102材料巷安全系數(shù)取煤柱集中應(yīng)力系數(shù)大約7.0，不穩(wěn)定巖層平均重力密度取0.025 MN/m3，代入公式（3），得到材料巷錨桿間排距：

按照上述理論計算，由于三采區(qū)31102材料回風(fēng)巷巷道頂板的寬度為2.89 m，故頂板錨桿的間排距為850 mm×1000 mm。

3.3.2 錨索參數(shù)計算

根據(jù)錨索支護(hù)設(shè)計的原則，錨索支護(hù)應(yīng)在關(guān)鍵部位出現(xiàn)時的最佳支護(hù)時間對關(guān)鍵部位進(jìn)行加強支護(hù)。錨索參數(shù)由以下公式確定：

式中：L為錨索總長度，m；La為錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，m；Lb為需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，m；Lc為上托盤及錨具的厚度，m；Ld為需要外露的張拉程度，m。

根據(jù)三采區(qū)31102工作面地質(zhì)條件，錨索錨固長度為1.5m，需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度4.5 m，上托盤及錨具的厚度取0.1m，需要外露的張拉程度0.2 m。代入公式（4），得到錨索L的長度為6.3 m，即6300mm。

4 巷道底鼓控制效果

巷道表面位移是反映巷道圍巖穩(wěn)定狀況的綜合指標(biāo)。從31102工作面順槽累計表面位移隨時間變化情況可以看出31102工作面實施新型耦合支護(hù)技術(shù)后，累計頂?shù)装逡平?9 mm，兩幫移近量55 mm?？梢钥闯?1102工作面順槽巷道圍巖應(yīng)力重新分布，巷道周邊圍巖通過變形實現(xiàn)應(yīng)力釋放，達(dá)到新的應(yīng)力平衡。從現(xiàn)場觀測可以看出，巷道頂、底板移近量中，頂板下沉量占主要部分，巷道底鼓量很小，表明31102工作面順槽在實施高強錨網(wǎng)索治理技術(shù)后較好地控制了巷道底鼓。在實施耦合支護(hù)技術(shù)后，31102工作面順槽幫頂及底板變形均得到有效控制。

Cause Analysis and Control of Crossheading Floor Heave on31102 Working Face in Duizhen Mine

KANG Ji-zhong,WU Xue-fei
(Shanxi Liliu Coking Coal Group,Lvliang Shanxi 033000)

On the cause analysis of serious floor heave in roadways of31102 working face in Duizhen Mine,the paper presents bolt-net-anchor coupling support to control the floor heave.

coupling support;floor heave;control

TD82

A

1672-5050（2012）09-0066-02

2012-04-19

康繼忠（1971—），男，山西柳林人，碩士，工程師，從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。

劉新光