軟巖底鼓巷道圍巖控制技術(shù)研究

摘 要：底鼓是煤礦巷道中經(jīng)常發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象。本文本文以某煤業(yè)公司戊8半煤巖軟巖巷道為基礎(chǔ)，對(duì)巷道底鼓產(chǎn)生的因素進(jìn)行分析，并利用FLAC3D提出合理的底鼓控制方案，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，為類似巷道底鼓治理提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：底鼓；數(shù)值模擬；工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TD327.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）10-0122-02

Study on Surrounding Rock Control Technology of Floor

Rock in Soft Rock Floor

QI Le CHEN Zhiguo

（No.3 Coal Mine Hebi Coal Industry Co.，Ltd.，Henan Energy Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Hebi Henan 458000）

Abstract： The kick drum is a dynamic phenomenon that often occurs in coal mine roadway. This paper analyzed the factors of the floor kick drum based on the soft rock roadway of the E85 coal rock of a certain coal company， and used FLAC3D to propose a reasonable bottom drum. The control scheme had achieved good technical and economic results in field applications， providing a reference basis for the treatment of similar roadways.

Keywords： floor heave；numerical simulation； engineering practice

底鼓是煤礦巷道中經(jīng)常發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象，其會(huì)導(dǎo)致巷道斷面縮小，阻礙運(yùn)輸和人員行走，妨礙通風(fēng)，甚至?xí)斐烧麄€(gè)巷道報(bào)廢，嚴(yán)重影響礦山的生產(chǎn)和安全[1-3]。隨著地下工程深度的增加、巷道斷面增大，底鼓問題愈為突出?；诖?，國(guó)內(nèi)外關(guān)于巷道底鼓機(jī)理及控制措施的研究一直沒有中斷，但涉及半煤巖軟底巷道的較少[4]。因此，本文以某煤業(yè)公司戊8半煤巖軟巖巷道為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟巖巷道支護(hù)理論，對(duì)巷道底鼓機(jī)理進(jìn)行分析，提出合理的底鼓控制方案，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 工程概況

戊9.10-14160高抽巷巷道設(shè)計(jì)在戊8中。由于煤層厚度有限，巷道采用了沿頂撬底的半煤巖巷道。戊8煤層厚度為0.6～1.0m，平均厚度為0.7m，煤層傾角一般為18°～26°，平均22°，且呈上陡下緩、東陡西緩的趨勢(shì)。戊8煤層頂板為灰色砂質(zhì)泥巖、灰白色中粒砂巖，煤層直接底為砂質(zhì)泥巖、泥巖，夾條帶狀細(xì)砂巖，具有明顯的水平層理，遇水易膨脹。底板裂隙發(fā)育。巷道斷面為直角梯形，斷面寬×高=5.0m×3.2m斜梯形斷面。巷道埋深486.2～616.7m，平均550m，原支護(hù)參數(shù)為：采用錨網(wǎng)梁索支護(hù)，[Φ]4mm冷拔絲金屬網(wǎng)封閉幫頂，底板不支護(hù)，錨桿為[Φ]20mm×2 400mm的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，頂板錨桿間排距為820mm×800mm，上幫錨桿間排距為880mm×800mm，下幫錨桿間排距為750mm×800mm。錨索選用[Φ]17.8mm×6 300mm預(yù)應(yīng)力錨索，成對(duì)布置，排距1 600mm。

2 巷道底鼓影響因素分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

戊9.10-14160高抽巷在掘進(jìn)過程中，有四條斷層對(duì)巷道穩(wěn)定性影響較大。一系列小斷層使巷道圍巖的完整性被嚴(yán)重破壞，圍巖抵抗外界破壞的能力和自承能力大幅度降低，而巷道支護(hù)體系要承受更大的外力作用，因此，引發(fā)巷道變形破壞，導(dǎo)致巷道底鼓產(chǎn)生。

2.2 支護(hù)形式

巷道埋深約550m，上覆巖層壓力較大，原支護(hù)方式控制了頂、幫變形的發(fā)生，導(dǎo)致巷道兩幫周邊相當(dāng)于原巖應(yīng)力兩倍的切向壓力無(wú)法得到釋放，只能通過兩幫向底板傳遞；加之底板圍巖為砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)度較低，且遇水易膨脹，因此不能承受傳遞到底板的壓力，只有通過該自由面釋放壓力，導(dǎo)致巷道產(chǎn)生變形從而造成底鼓。

2.3 其他因素

戊8-14160采面為戊9.10煤層解放層采面。戊8-14160巷道里段有兩臺(tái)鉆進(jìn)正在向戊9.10煤層打預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔，瓦斯鉆孔施工后需對(duì)戊9.10-14160高抽巷中進(jìn)行瓦斯抽采松爆致裂，即炸藥松爆，爆破對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

對(duì)該巷進(jìn)口段（即0m處）往里（520m）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，在90m至100m處頂板出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，現(xiàn)頂板采用錨網(wǎng)支護(hù)，該段金屬網(wǎng)出現(xiàn)破裂、斷裂破壞的現(xiàn)象，有大塊巖塊從頂板脫落。在195m至270m段出現(xiàn)嚴(yán)重底鼓現(xiàn)象，底板鼓起，沿巷道軸向方向底板出現(xiàn)寬度約2cm裂縫，在距巷道口192m處有一條斷層。巷道底鼓嚴(yán)重，斷面縮小，收縮率達(dá)40%以上，嚴(yán)重阻礙了行人、運(yùn)輸及通風(fēng)。

4 數(shù)值計(jì)算

4.1 模型的建立和計(jì)算參數(shù)

采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件模擬了巷道在原支護(hù)（頂幫錨網(wǎng)索耦合）和頂幫錨網(wǎng)索耦合支護(hù)+幫底錨注支護(hù)（錨注間排距1 200mm×1 200mm，錨注深度3m）的巷道變形情況。采用平面應(yīng)變模型，模擬模型的煤巖層范圍為：50m×50m×1m（長(zhǎng)×高×寬），共59 119個(gè)單元，模型頂部為應(yīng)力邊界條件，應(yīng)力大小為巷道上覆550m的自重，側(cè)壓力系數(shù)按1.5考慮；模型前后左右面采用位移約束，底部施加固定邊界條件。

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 原支護(hù)結(jié)果分析。原支護(hù)條件下模擬結(jié)果見圖1。由圖1可知，在原支護(hù)條件下，巷道最大主應(yīng)力等值線遠(yuǎn)離巷道周邊，并在巷道頂板左右上角且沿戊8煤層方向上下約5m處出現(xiàn)應(yīng)力集中。巷道兩幫和底板位移變化較大，其中底鼓量最大，左幫次之，右?guī)臀灰谱兓^小。頂板出現(xiàn)較小塑性區(qū)，兩幫和底板一定深度內(nèi)全部為塑性區(qū)，且塑性區(qū)沿煤體傾斜方向發(fā)展，最大值發(fā)生在煤巖交界面附近，且在泥巖中向深部擴(kuò)散。這說明：底板在不采取加固措施的情況下，底鼓是軟底巷道圍巖變形的重要組成部分，使用錨網(wǎng)支護(hù)兩幫及頂板并不能使巷道形成承載環(huán)，因此，不能有效控制圍巖變形，尤其是兩幫和底板的變形。

4.2.2 返修后結(jié)果分析。返修后巷道模擬結(jié)果見圖2。由圖2可知，翻修后巷道最大主應(yīng)力等值線遠(yuǎn)離巷道周邊，巷道圍巖的殘余強(qiáng)度得到提供，巷道圍巖變形量明顯減少，兩幫和底板巖層內(nèi)塑性區(qū)范圍大大減小，說明該方案有效提高了半煤巖軟底巷道圍巖的穩(wěn)定性，使巷道底板變形得到有效控制，同時(shí)提高了兩幫煤巖體變形的協(xié)調(diào)性。

5 工程實(shí)踐

巷道圍巖位移監(jiān)測(cè)是巷道支護(hù)的重要環(huán)節(jié)，巷道采取頂幫錨網(wǎng)索耦合支護(hù)+底錨注支護(hù)（錨注間排距1 200mm×1 200mm，錨注深度3m）。在監(jiān)測(cè)期間，底鼓變形量在允許范圍內(nèi)，說明了此方案很好地適應(yīng)了該地質(zhì)條件，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定。

6 結(jié)論

①由于地質(zhì)條件等因素的復(fù)雜性，加之原支護(hù)方式并不重視底板支護(hù)，造成此巷道底鼓的產(chǎn)生，對(duì)該礦高效生產(chǎn)造成了極大影響。由此可以看出，巷道支護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，在對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，要充分考慮各個(gè)因素。

②從工程實(shí)踐可以看出，半煤巖軟底巷道拉底后使用頂幫錨網(wǎng)索耦合支護(hù)+底板錨注支護(hù)可以有效控制圍巖變形，為類似巷道底臌治理提供了參考依據(jù)。

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