掘進(jìn)巷道底鼓區(qū)控制技術(shù)應(yīng)用

李培育

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)七一煤礦，山西 高平 048406）

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)七一煤礦9105回風(fēng)順槽南部為9101采空區(qū)，北部為實(shí)體煤，西部依次為南軌道、南膠帶、南回風(fēng)三條大巷，東部為朵則二坑工作面采空區(qū)。

9105回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度為765 m，巷道為矩形斷面，寬度為4.8 m，高度為2.4 m，巷道沿9號煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，煤層平均厚度為1.62 m。煤層直接頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為1.8 m；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為6.7 m；直接底同樣為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為2.2 m；老底為細(xì)砂巖，平均厚度為5.4 m。

9105回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械掘進(jìn)工藝，截至2021年6月17日，巷道已掘進(jìn)870 m。巷道掘進(jìn)期間，巷道圍巖主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶等聯(lián)合支護(hù)的方式。巷道掘進(jìn)至862m處時(shí)，巷道底板出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，隨著巷道掘進(jìn)延伸，當(dāng)巷道掘進(jìn)至868 m處時(shí)，底板斷裂破碎，底鼓量達(dá)0.52 m，嚴(yán)重威脅著巷道安全快速掘進(jìn)。

1 巷道底鼓原因分析

通過現(xiàn)場觀察分析，9105回風(fēng)順槽出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象主要由底板巖體穩(wěn)定性差和采空區(qū)應(yīng)力變大兩方面原因所導(dǎo)致。

1.1 底板巖體穩(wěn)定性差

9105回風(fēng)順槽沿9號煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)時(shí)破底板巖體，而底板主要為炭質(zhì)泥巖，該巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足20 MPa，巖體成魚鱗狀結(jié)構(gòu)，巖體穩(wěn)定性差，巷道掘進(jìn)破底巖時(shí)破壞了炭質(zhì)泥巖穩(wěn)定力學(xué)結(jié)構(gòu)。隨著巷道不斷延伸，巷道內(nèi)形成應(yīng)力釋放區(qū)，頂部承受的上覆巖層重力沿兩側(cè)煤柱傳遞至底板上，而底板承載能力低，致使兩幫煤柱插入底板，從而導(dǎo)致底板出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。

1.2 采空區(qū)應(yīng)力影響

9105回風(fēng)順槽南部為9101采空區(qū)，該采空區(qū)與巷道預(yù)留有寬度為27 m的煤柱，巷道在掘進(jìn)過程中受采空區(qū)殘余應(yīng)力影響較大，導(dǎo)致位于采空區(qū)側(cè)的煤柱片幫嚴(yán)重，煤柱支撐作用強(qiáng)度降低，煤柱無法有效支撐上覆巖體重力，導(dǎo)致煤柱對底板產(chǎn)生破壞作用，從而造成底板鼓起現(xiàn)象。

2 巷道底鼓綜合治理技術(shù)

2.1 巷道底鼓控制

為了有效控制9105回風(fēng)順槽底鼓現(xiàn)象，決定對底鼓區(qū)進(jìn)行起底施工，并對起底區(qū)域澆筑并鋪設(shè)工字鋼梁，具體施工方案如下：

1）巷道從860 m處開始起底施工，起底寬度為4.8 m，高度為3.5 m，起底深度為0.8 m，采用松動爆破起底施工工藝；

2）首先采用鉆機(jī)在起底區(qū)域施工松動爆破鉆孔，每排布置4個(gè)松動爆破孔，孔間距為1.3 m，孔深為1.0 m，爆破孔與底板成75°斜角布置，爆破孔布置排距為1.5 m；

3）起底區(qū)域松動爆破孔施工完后，對鉆孔內(nèi)填裝1支礦用乳化炸藥以及1支毫秒延期電雷管，每次爆破炮孔數(shù)量為4個(gè)，爆破完成后對煤矸進(jìn)行人工清理，并采用巷道內(nèi)帶式輸送機(jī)將煤矸運(yùn)出；

4）起底后，對起底底板鋪設(shè)一排密集工字鋼梁，鋼梁長度為4.8 m，鋼梁鋪設(shè)間距為0.2 m，鋼梁鋪設(shè)完成后，在頂板處施工穿拉錨桿，每排布置3根，錨桿間距為1.5 m，排距為3.0 m，錨桿長度為1.5 m，直徑為20mm，錨桿施工完后，錨桿螺母端與巷道原頂板齊平；

5）穿拉錨桿施工完后，對起底區(qū)域進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土中水泥、沙子、石子配比為1∶2∶2，水泥采用高標(biāo)號的硅酸鹽水泥，澆筑時(shí)必須保證混凝土澆筑到位，且采用振動泵將其振實(shí)；

6）當(dāng)澆筑厚度為0.7 m時(shí)，及時(shí)將澆筑面整平，然后在澆筑面鋪設(shè)工字鋼梁，工字鋼梁長度為4.5 m，鋼梁上焊制三個(gè)支護(hù)圓孔，孔間距為1.5 m，鋼梁安裝在穿拉錨桿上并用螺母預(yù)緊，鋼梁鋪設(shè)排距為3.0 m，鋼梁鋪設(shè)完成后繼續(xù)澆筑，直至與巷道底板齊平，如圖1所示。

圖1 9105回風(fēng)順槽底鼓區(qū)聯(lián)合控制施工剖面示意圖（mm）

2.2 施工安全技術(shù)措施

1）爆破起底施工前應(yīng)安排專人對爆破區(qū)域瓦斯、一氧化碳濃度進(jìn)行檢查，爆破區(qū)域前后20 m范圍內(nèi)瓦斯體積濃度應(yīng)低于0.5%，瓦斯超限時(shí)嚴(yán)禁爆破施工。

2）爆破施工前必須對爆破點(diǎn)前后10 m范圍內(nèi)的巷幫、頂板加強(qiáng)支護(hù)，托頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象時(shí)，爆破區(qū)必須采用木柱對頂板加強(qiáng)支護(hù)。

3）爆破時(shí)必須將巷道內(nèi)所有施工人員撤出工作面，并對巷道內(nèi)可能進(jìn)入爆破地點(diǎn)的入口如繞道、聯(lián)巷等設(shè)攔人警戒，警戒點(diǎn)距爆破點(diǎn)不得少于100 m。

4）爆破器、炸藥、雷管等爆破器材必須符合煤礦瓦斯等級，為了防止起底時(shí)底板積水而出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象，應(yīng)采用抗水性乳化炸藥、延期時(shí)間為130 ms的毫秒延期電雷管，雷管腳線之間采用串聯(lián)連接方式。

5）為了保證澆筑質(zhì)量，每澆筑厚度達(dá)0.2 m時(shí)在澆筑面上鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，澆筑期間為了加快混凝土凝固，對混凝土內(nèi)添加速凝劑，速凝劑與水泥配比為0.8∶10。

3 應(yīng)用效果

截至目前，9105回風(fēng)順槽已掘進(jìn)到位，巷道底鼓區(qū)長度為48 m，對底鼓區(qū)采取“起底、澆筑、鋪設(shè)鋼梁”等聯(lián)合控制措施后，有效控制了巷道底鼓現(xiàn)象，通過后期掘進(jìn)過程中對圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，底鼓區(qū)采取聯(lián)合措施后的5 d范圍內(nèi)，底鼓量相對較大，在5～12 d范圍內(nèi)底鼓量逐漸減小，在12 d后底鼓量趨于穩(wěn)定，巷道底鼓量控制在0.14 m以下，取得了顯著應(yīng)用成效。