億隆煤業(yè)1號煤層回采巷道底鼓治理技術(shù)

師占峰

(霍州煤電集團(tuán) 億隆煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041600)

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)億隆煤業(yè)目前開采1號煤層，1號煤層厚度為1.6～1.75 m，平均1.675 m，煤層傾角5～8°，煤層結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、無夾矸。1-101工作面為1號煤層首采工作面，工作面位于+260 m開采水平，地面標(biāo)高+600～+640 m，工作面標(biāo)高+200～+275 m，1-102工作面為1-101工作面的接替工作面，工作面間區(qū)段煤柱寬度20 m。每個工作面布置兩條回采巷道，分別為正巷和副巷，正巷用于進(jìn)風(fēng)、行人、運(yùn)煤，副巷用于回風(fēng)、材料供應(yīng)、行人，均采用矩形巷道，斷面尺寸寬×高=5.0 m×3.0 m。1-101工作面回采期間，工作面前方回采巷道底板出現(xiàn)明顯底鼓現(xiàn)象，局部需進(jìn)行多次挖底返修，成為影響工作面安全高效生產(chǎn)的瓶頸，為避免1-102工作面回采巷道內(nèi)出現(xiàn)同樣問題，需提出更為有效的巷道支護(hù)方案。

2 回采巷道原支護(hù)方案

1-101工作面回采巷道采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)斷面如圖1所示。①頂板采用D22 mm×2 400 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm，頂板最外側(cè)錨桿向巷道外側(cè)偏斜15°安裝，中部的5根錨桿垂直頂板施工；每根錨桿使用1支K2355和1支Z2355錨固劑；配合使用W-280-3-4900-7型W鋼帶，尺寸為4 900 mm×280 mm×3 mm；同時采用D21.6 mm×7 300 mm的1×7股鋼絞線錨索，每排4根，間排距為1 000 mm×1 600 mm，所有錨索沿巷道中心線對稱布置，均垂直頂板施工，每根錨索采用1支K2355和兩支Z2355樹脂錨固劑。②幫部采用D20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，間排距均為800 mm，均沿水平方向布置；采用1支K2355樹脂藥卷錨固；錨桿間采用規(guī)格為500 mm×280 mm×3 mm的W鋼帶聯(lián)結(jié)；幫錨索采用規(guī)格D21.6 mm×5 300 mm的鋼絞線，居中布置，排距為3 200 mm。

圖1 1-101正巷支護(hù)斷面(mm)

3 巷道底鼓變形規(guī)律

1-101正巷、副巷掘進(jìn)期間，圍巖整體穩(wěn)定，巷道表面無明顯的變形現(xiàn)象，1-101工作面投產(chǎn)后，巷道底板出現(xiàn)明顯的底鼓現(xiàn)象，以1-101正巷為例，底鼓量變化規(guī)律見圖2。

圖2 1-101正巷底鼓變形與工作面距離關(guān)系

由圖2可以看出，超前工作面約75～90 m，底鼓量開始逐漸增大，超前工作面30～75 m范圍內(nèi)，底鼓量基本呈平穩(wěn)增加，與工作面距離小于30 m以后，底鼓量開始迅速增大，底鼓量最大達(dá)到359 mm，最大增長速率達(dá)66 mm/d，由此可知，工作面超前支承壓力對于巷道底鼓量的影響明顯。

4 巷道底鼓機(jī)理分析及防治技術(shù)

4.1 巷道底鼓形式

依據(jù)相關(guān)的研究成果可知[1-3]，巷道底板底鼓變形是高應(yīng)力、軟弱圍巖巷道的主要變形形式，個別礦井底板底鼓量可達(dá)頂?shù)装逡平康?0%，底板底鼓變形將影響巷道頂板和兩幫的穩(wěn)定，因此底板底鼓變形的控制對于巷道圍巖的整體穩(wěn)定非常關(guān)鍵。巷道底板底鼓變形是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題，底鼓量的大小與巷道圍巖巖性、結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等密切相關(guān)，根據(jù)巷道底板底鼓變形內(nèi)因的不同，可將底鼓分為理化型、力學(xué)型及復(fù)合型。理化型指巷道底板巖層富含黏土礦物，遇水膨脹、軟化，引起巷道底板底鼓變形；力學(xué)型指底板受到地應(yīng)力作用變形的壓彎變形；復(fù)合型指以上兩種形式共同作用下導(dǎo)致的巷道底板底鼓。根據(jù)底板底鼓量的大小將底鼓分為五類，見表1。

井下巷道實(shí)際破壞狀況表明，億隆煤業(yè)1-101工作面巷道底鼓變形量大多在100～300 mm之間，底鼓形式以力學(xué)型為主理化型為輔，1號煤層底板多為泥巖和砂質(zhì)泥巖，巖層內(nèi)含有一定量的膨脹性巖石，由于巷道處于高應(yīng)力、破碎蠕變巖體中，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，整體性差，底鼓形狀多為整體底鼓和弧狀型底鼓，底鼓類型為小底鼓量，局部頂板淋水區(qū)域，底鼓量進(jìn)一步增大，個別區(qū)域底鼓量達(dá)到500～600 mm，底鼓類型屬于中等底鼓。

4.2 巷道底鼓防治方法

巷道底板的底鼓變形可通過兩種方法進(jìn)行治理[4-5]，一是通過采取適當(dāng)措施預(yù)防底板底鼓，二是底板底鼓后通過挖底等方法消除底鼓。為了保持底板巖層及整個巷道圍巖的穩(wěn)定性，應(yīng)該以預(yù)防為主、治理為輔。高強(qiáng)度錨桿與錨索支護(hù)是一種優(yōu)越的支護(hù)方式，可以取得良好支護(hù)效果。針對億隆煤業(yè)巷道破壞特征，考慮到億隆煤業(yè)巷道底板巖性條件較差，底鼓類型屬于中等底鼓，擬采用高強(qiáng)度錨桿索支護(hù)加固技術(shù)來控制高應(yīng)力、破碎圍巖巷道底鼓。

5 巷道支護(hù)方案優(yōu)化及應(yīng)用

5.1 支護(hù)方案優(yōu)化

考慮到億隆煤業(yè)回采巷道變形以底鼓變形為主，結(jié)合“強(qiáng)幫強(qiáng)角固底”的支護(hù)理念，對原方案設(shè)計參數(shù)做出一定的優(yōu)化。頂板支護(hù)優(yōu)化：改變錨桿與錨索獨(dú)立布置的方式，改為錨桿與錨索同排布設(shè)，用W鋼帶連接固定。即頂板每排布設(shè)3根錨索，替換中間及兩側(cè)第二根錨桿，錨桿間距保持不變，其中兩側(cè)的頂錨索分別向兩邊傾斜15°，以達(dá)到對角部的強(qiáng)化作用；將頂板錨桿排距由800 mm調(diào)整到900 mm。幫部支護(hù)優(yōu)化：幫部錨索替換從上向下第二根幫錨桿，每兩排幫錨桿之間增設(shè)1道錨索；幫部錨桿間通過D16 mm×2 800 mm鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，將幫錨桿的長度增大至2 400 mm；將最上排幫錨桿向上傾斜15°布置，并將幫錨桿的錨固劑由原來1支Z2355改為與頂錨桿相同的錨固劑，即1支K2355錨固劑在上(孔底)，1支Z2355錨固劑在下，以達(dá)到強(qiáng)化角部的效果；將幫錨桿排距由800 mm調(diào)整到900 mm。底板支護(hù)優(yōu)化：在巷道掘進(jìn)時，對底板做圓弧狀超挖，一方面改善圍巖應(yīng)力分布，另一方面可以作為抵御巷道底鼓變形的儲備；在巷道底腳增設(shè)1排D34 mm×1 800 mm管縫式錨桿，用于抵御巷道底腳周圍圍巖的剪切變形，具體布置方式見圖3。

表1 巷道底鼓分級

圖3 巷道優(yōu)化支護(hù)方案(mm)

5.2應(yīng)用效果分析

億隆煤業(yè)1-102工作面回采巷道采用上述支護(hù)方案，1-102工作面回采期間，監(jiān)測1-102正巷底板底鼓量變化規(guī)律見圖4。底板底鼓量變化規(guī)律與1-101正巷類似，與工作面距離小于30 m時，底板底鼓速率開始顯著增大，直至工作面推進(jìn)至測點(diǎn)處，底板底鼓量最大為55 mm，底鼓量很小，圍巖整體穩(wěn)定，滿足工作面正常生產(chǎn)的斷面需求，巷道底鼓得到很好的治理。

圖4 1-102正巷底板底鼓量變化規(guī)律