1319工作面巷道加固幫角控制底鼓的實踐

韓陽紅（山西陽城陽泰集團竹林山煤礦有限公司，山西晉城048000）

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1319工作面巷道加固幫角控制底鼓的實踐

韓陽紅
（山西陽城陽泰集團竹林山煤礦有限公司，山西晉城048000）

摘要1319工作面是竹林山煤礦1300采區(qū)最后一個綜采工作面。在掘進1319工作面正付巷時，由于礦山壓力顯現(xiàn)明顯，巷道底鼓嚴重，部分地段掘進后巷道底鼓嚴重，甚至超過500 mm，嚴重影響了井下運輸、通風與行人安全。為了控制巷道底鼓，在后期掘進中采用加固巷幫巷角的方法，對巷道原支護設計進行優(yōu)化改進，使巷道底鼓得到有效控制，未出現(xiàn)較大底鼓現(xiàn)象，為實現(xiàn)礦井生產(chǎn)高產(chǎn)高效提供了有利條件。

關鍵字巷道底鼓；加固巷幫；巷幫支護

0　引言

在煤礦開采過程中，井下巷道開挖后，巖體原來的三向受壓平衡狀態(tài)遭到破壞，應力重新分布，變?yōu)閮上驊顟B(tài)，巷道圍巖受應力作用發(fā)生變形。其中巷道底鼓是井下常見的礦壓顯現(xiàn)，在運輸巷道或輔助運輸巷道以及主要進風巷底鼓嚴重會影響到礦井生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，對礦井的運輸、通風以及行人安全都造成不利影響。

影響巷道底鼓的因素很多，包括巷道兩幫的壓模效應、巷道圍巖的巖性、煤層的強度與破碎程度、原巖應力、采動支承應力和支護方式等。根據(jù)巷道底鼓的方式和機理，一般將巷道底鼓分為4類［1］：擠壓流動性底鼓、撓曲褶皺性底鼓、剪切錯動性底鼓以及膨脹性底鼓。在前人不斷地深入研究下，對底鼓的研究逐步系統(tǒng)完善，治理底鼓的技術由原來只局限于在巷道底板進行，逐步向巷道其它位置進行［2-3］，并取得明顯的效果。本文針對孤島工作面巷道采用加固巷幫、巷角進行控制底鼓的應用研究。獻［4］巷道圍巖應力重新分布塑性區(qū)首先分布在煤巷的兩幫及易發(fā)生應力集中的巷角處，隨著圍巖塑性區(qū)的發(fā)展，頂?shù)撞课坏乃苄詤^(qū)也逐步發(fā)展，但煤巷兩幫和巷角處的塑性區(qū)仍最大（如圖1）。另一方面，受地應力對巖層的壓縮作用，巷道兩幫產(chǎn)生下沉，進一步促進了巷道底板破裂與滑移，加劇了巷道底鼓現(xiàn)象。所以巷道兩幫與底板巖體強度愈低愈破碎，巷道兩幫下沉與底鼓愈嚴重，支護難度愈大，成本愈高。

1　巷道頂?shù)装鍘r體軟弱時底鼓機理與控制

現(xiàn)代礦井的準備巷道和回采巷道一般在煤層中掘進巷道，具有掘進速度快，出煤早等各項優(yōu)點。但是煤巷兩幫圍巖為煤體，強度一般較頂?shù)装鍘r層低，容易造成巷道變形嚴重，加大支護難度和支護成本。根據(jù)文

圖1　頂?shù)装鍘r體強度均較低時巷道圍巖塑性區(qū)示意

所以為有效控制巷道變形，應在煤巷掘進成型后盡快通過有效的支護手段對巷道進行支護，控制圍巖變形。其中加固巷幫巷角控制巷道底鼓方法的主要作用為：

（1）通過在巷角處進行加固，可以有效降低巷角部位的應力集中程度，進而減小巷角塑性區(qū)的范圍；

（2）在加固巷幫巷角的作用下使巷幫與巷角部位成為承載拱，提高巷幫的自承能力，從而減小了兩幫的下沉量，降低了底板的破壞程度；

（3）通過加固巷幫能夠提高巷幫的強度，減小巷幫塑性區(qū)的范圍，減小了巷道底板“暴露”面積，從而使巷道底板可承受更大的水平應力；

（4）通過加固巷角部位，阻止巷角巖體的塑形流動，減小底板的滑移，達到減小巷道底鼓量的目的。

2　工程概況

陽泰集團竹林山煤礦1300采區(qū)現(xiàn)開采3#煤層，煤層平均厚度4.46 m，埋深225 m～375 m。1319工作面為1300采區(qū)孤島工作面，位于1300采區(qū)軌道巷東側(cè)，北部為1320采空區(qū)，南部為1318采空區(qū)，東部為1400采區(qū)皮帶巷，位置示意如圖2所示。1319正、付巷為煤巷，將作為1319工作面的回風巷和輔助回風巷，均沿煤層底板掘進。圍巖性質(zhì)為：頂板為深灰色泥質(zhì)粉砂巖；底板為黑色粉砂質(zhì)泥巖，含大量植物化石，其中底板頂部0.1 m為炭質(zhì)泥巖。正付巷兩條巷道毛斷面尺寸均為5 m×4 m，巷道斷面較大，采用支護方式為錨網(wǎng)支護，如圖3所示。巷道兩幫為5根幫錨桿，桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼專用錨桿鋼材，長度為2 000 mm，極限拉斷力為188 kN，屈服力為126 kN，延伸率為17%，排距1 m，間距850 mm。頂板為6根錨桿，桿體為20#左旋無縱筋螺紋鋼專用錨桿鋼材，長度為2 400 mm，極限拉斷力為188 kN，屈服力為126 kN，延伸率為17%，頂錨桿排距1 m，間距900 mm。同時采用Φ 21.8 mm L8 300 mm預應力錨索加強支護，排距2 m，間距1 800 mm。

在現(xiàn)場施工期間，1319正付巷掘進前400 m范圍內(nèi)，在巷道開掘后，工作面后方巷道底鼓嚴重，部分地段底鼓量超過500 mm，嚴重影響了皮帶運輸與軌道運輸。為了在掘進工作面后方能夠順利敷設或調(diào)整軌道和保證皮帶輸送機的安全運行以及行人安全，需要抽調(diào)人員進行起底，嚴重影響了掘進進度，降低了勞動生產(chǎn)效率。

圖2　1319工作面位置示意

圖3　1319正付巷巷道支護示意

3　支護參數(shù)優(yōu)化及現(xiàn)場效果

根據(jù)上文中巷道底鼓機理及現(xiàn)有1319正付巷支護設計可以發(fā)現(xiàn)，1319正付巷支護設計存在一定的缺陷與不足：

（1）只強調(diào)了掘進巷道的頂板支護，而對底板及巷幫的變形與支護缺乏足夠重視；

（2）未考慮巷道頂?shù)装鍑鷰r巖性和塑性區(qū)的發(fā)展以及本礦3#煤層裂隙發(fā)育破碎程度較高的現(xiàn)狀，考慮因素不夠周全；

（3）根據(jù)文獻［5］巷道的破壞發(fā)生在頂?shù)装迨且驗樗綉Υ笥诖怪睉?。原支護設計未做深入研究，理論依據(jù)不夠全面。

在原有支護設計方案下，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，綜合考慮各項影響因素：

（1）1319正付巷頂?shù)装鍘r體強度較低，巷角易發(fā)生應力集中，造成塑性區(qū)范圍較大；

（2）1300采區(qū)3#煤層煤體裂隙較發(fā)育，煤層松軟，強度較低，以煤體作為巷幫，巷幫承載能力較低，下沉量大，加劇了底板破碎程度；

（3）1319正付巷巷幫松軟破碎，導致巷道底板承受水平應力的能力較低；

（4）在現(xiàn)場施工中巷幫支護中的最下面一排錨桿由于巷道超挖或幫錨桿排距不達標，導致部分地段最下面一排錨桿距底板超過400 mm，對巷道底角達不到有效支護作用，促使巷道底角易發(fā)生塑性流動。

另外，為了節(jié)約現(xiàn)場勞動強度和生產(chǎn)成本，現(xiàn)制定巷道支護方案如下（如圖4所示）：

（1）頂板支護按原支護設計執(zhí)行：錨桿排距1 000 mm，間距900 mm，錨索間距1 800 mm，排距2 000 mm；

（2）巷幫支護中的最上面一排錨桿由原來的10°變?yōu)?0°；

（3）巷幫支護中的最上面一排錨桿距頂板間距由原來的200 mm變?yōu)?00 mm；

（4）巷幫支護中的最下面一排錨桿由原來的平行于底板變?yōu)橄虻装宸较?30°；

（5）巷幫支護中的最下面一排錨桿距底板由原來的400 mm變?yōu)?00 mm；

（6）幫錨桿排距1 000 mm，間距為850 mm。

圖4　1319正付巷巷道支護方案示意

通過改變現(xiàn)場支護方式，1319正付巷在后續(xù)的掘進作業(yè)中底鼓現(xiàn)象得到有效控制。根據(jù)現(xiàn)場觀測與統(tǒng)計，后期的巷道掘進過程中，巷道底鼓量與發(fā)生底鼓地段的數(shù)量都明顯降低，后期未發(fā)現(xiàn)一處底鼓量超過500 mm的地段。底鼓量的減少，減小了對巷道中皮帶和軌道的影響，降低了現(xiàn)場起底的工作量，進而提高了工作效率。

4　結(jié)論

（1）巷道在掘進過程中，圍巖巖性與煤體強度對巷道變形具有重要影響：圍巖和煤體強度越大，巷道變形量越小，反之，變形量增大。

（2）加固巷幫巷角，能夠改變巷道圍巖的應力分布狀態(tài)，能夠提高兩幫和幫角強度，加強巷幫的支撐能力，減小應力集中的程度，控制塑性區(qū)的發(fā)展，進而達到減小底鼓量的目的。

（3）通過加固巷幫巷角能夠有效控制巷道底鼓變形，而且施工簡單，比較易于現(xiàn)場推廣。

參考文獻

［1］柏建彪，李文峰，王襄禹，等.采動巷道底鼓機理與控制技術［J］.采礦與安全工程學報，2011，28（1）: 1-5.

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［3］王衛(wèi)軍，侯朝炯，馮濤.動壓巷道底鼓［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2003: 72-78.

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［5］姜耀東，劉文崗，趙毅鑫，等.開灤礦區(qū)深部開采中巷道圍巖穩(wěn)定性研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24（11）: 1857-1862.

Practice of Reinforcing Roadway Wall and Angle to Control Floor Heave in 1319 Working Face

Han Yanghong
（Zhulinshan Coal Mine Co.，LTD. of Shanxi Yangcheng Yangtai Group，Jincheng Shanxi，048000）

Abstract：The 1319 working face is the last fully mechanized working face of the 1300 mining area of Zhulinshan Mine. When mining the main and deputy lane of 1319 working face，because the mine pressure appears obviously，the floor heave is serious，the floor heave is serious and even more than 500 mm after mining some parts，it seriously affects the underground transportation，ventilation and pedestrian safety. In order to control the floor heave，the method of reinforcing roadway wall and angle is used in the later mining，the roadway support design is optimized and improved，the floor heave is effectively controlled，the larger floor heave phenomenon does not appears，these provide the favorable conditions to realize high production and efficiency for the mine.

Key words：floor heave；reinforcing roadway wall；roadway wall support

中圖分類號TD353+.6

文獻標識碼B

文章編號1000-4866（2016）03-0021-03

作者簡介

韓陽紅，男，1975年出生，現(xiàn)在山西陽泰集團竹林山煤礦有限公司工作，生產(chǎn)科科長，助理工程師。

收稿日期：2016-03-05