高應(yīng)力區(qū)回采巷道底鼓治理技術(shù)初探

張 紅

（陜西煤業(yè)集團(tuán)黃陵建莊礦業(yè)有限公司，陜西 延安 727300）

對(duì)于井工礦井，尤其是采掘活動(dòng)較深的礦井而言，往往承受較高的地應(yīng)力，導(dǎo)致巷道經(jīng)常出現(xiàn)底鼓、片幫和頂板下沉等現(xiàn)象。巷道底鼓是受到采掘活動(dòng)影響，圍巖應(yīng)力重新分布造成的。巷道支護(hù)往往通過打設(shè)錨桿、錨索，或是架棚方式進(jìn)行圍巖應(yīng)力的承受與抵消，但是此種支護(hù)方式只對(duì)頂幫應(yīng)力起作用，對(duì)于巷道底板應(yīng)力變化抵消效果較少。因此，在巷道受力不均的條件下，會(huì)出現(xiàn)明顯的底板鼓起現(xiàn)象[1-4]。

巷道底鼓造成最明顯的破壞作用為縮小設(shè)計(jì)斷面的面積，增大局部通風(fēng)阻力，同時(shí)底板抬升也不利于大型機(jī)電設(shè)備如皮帶運(yùn)輸機(jī)等的鋪設(shè)運(yùn)行，且對(duì)于自然坡度排水也容易導(dǎo)致水流不暢或局部積水等。本文擬以長(zhǎng)平煤礦5302 綜采工作面回采巷道為工程實(shí)例，通過分析探討巷道底鼓因素，擬定底鼓治理方法，以確保礦井正常生產(chǎn)。

1 概況

長(zhǎng)平煤礦5302 綜采工作面位于五盤區(qū)，主采3#煤層，采面對(duì)應(yīng)地表標(biāo)高為+979～+1 146 m，回采范圍內(nèi)煤層底板標(biāo)高為+412～+475 m，煤層整體賦存較深。工作面沿走向布置，走向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)1 510.97 m，切眼長(zhǎng)度280 m，平均煤厚5.75 m，液壓支架采高為3.2 m，采用走向長(zhǎng)壁采煤法回采，通過架前割煤和架后放頂煤可實(shí)現(xiàn)一次采全高。

工作面回采區(qū)域內(nèi)受背斜、 向斜和局部陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，且大小斷層分布發(fā)育，煤層賦存極不穩(wěn)定，頂?shù)装迤露绕鸱兓?，且偽頂發(fā)育。煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)

煤層頂?shù)装寰鶠槟鄮r或炭質(zhì)泥巖，該類巖層質(zhì)地較軟，極容易風(fēng)化脫落，且具有遇水易碎脹的特性，很容易造成冒頂、片幫等事故。

2 巷道支護(hù)

工作面回采巷道斷面為矩形，巷道凈寬5.7 m，凈高3.5 m，斷面積19.95 m2。原支護(hù)選用錨桿支護(hù)，選用錨桿規(guī)格為Φ20 mm×1 800 mm，頂板錨桿打設(shè)間排距為1 800 mm×1 000 mm，幫錨桿間排距為1 600 mm×1 500 mm，巷道底板無支護(hù)。在該支護(hù)體系下工作面試采推進(jìn)45 m 后，由于采面動(dòng)壓影響，工作面兩道開始出現(xiàn)明顯底鼓，底鼓量500 mm 左右，巷道兩幫出現(xiàn)片幫，下巷變形量比上巷變形量大，片幫量局部達(dá)到550 mm。嚴(yán)重影響巷道內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行及行人、通風(fēng)安全。原巷道支護(hù)情況如圖1所示。

圖1 原巷道支護(hù)

3 巷道底鼓分析

3.1 圍巖特性

3#煤層工作面頂?shù)装鍘r性均為泥巖和炭質(zhì)泥巖，頂板偽頂多為炭質(zhì)泥巖，較發(fā)育，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，極易垮落，直接影響頂板的支護(hù)強(qiáng)度；其次，頂?shù)装宓哪鄮r層遇水容易產(chǎn)生裂隙膨脹的物理特性，在采掘生產(chǎn)過程中，泥巖層容易被風(fēng)化剝落，且在施工錨桿、 錨索過程中帶壓水進(jìn)入鉆孔及頂板淋水的浸泡影響等，導(dǎo)致泥巖遇水產(chǎn)生裂隙膨脹，吸水達(dá)到飽和后，產(chǎn)生碎脹脫落等片幫現(xiàn)象[2]。底板長(zhǎng)期泡水也會(huì)因?yàn)樗槊涀饔卯a(chǎn)生底鼓的現(xiàn)象。

3.2 應(yīng)力作用

工作面由于埋藏較深，離地表垂深達(dá)到671 m，回采范圍內(nèi)也存在諸多背向斜、斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)煤層頂?shù)装鍑鷰r的原始強(qiáng)度和完整性也構(gòu)成較大破壞。尤其是巷道掘進(jìn)或回采到構(gòu)造發(fā)育區(qū)域時(shí)，受到地應(yīng)力和回采動(dòng)壓的疊加效應(yīng)，對(duì)頂板巖層產(chǎn)生較大沖擊，會(huì)出現(xiàn)頂板下沉、垮落，甚至大面積冒落，當(dāng)頂板支承壓力發(fā)生變化削弱后，原有動(dòng)壓平衡被打破，底板壓力將會(huì)更加顯現(xiàn)，從而出現(xiàn)底鼓的現(xiàn)象。

3.3 支護(hù)方式

巷道支護(hù)的穩(wěn)定性是在圍巖自身強(qiáng)度和錨網(wǎng)索技術(shù)共同作用下的結(jié)果。支護(hù)方式選擇時(shí)既要利用圍巖的自身特性進(jìn)行加固或?qū)Ρ容^破碎的圍巖進(jìn)行改造，也應(yīng)合理選擇錨桿錨索規(guī)格、打設(shè)的間排距等參數(shù)。原巷道設(shè)計(jì)采用常規(guī)支護(hù)工藝，選用的錨桿為Φ20 mm×1 800 mm，導(dǎo)致巷道圍巖未能形成完整的圍巖穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，受采動(dòng)動(dòng)壓影響，巷道變形嚴(yán)重。

4 底鼓治理

4.1 治理技術(shù)

控制巷道底鼓的方法主要分為兩大類，即補(bǔ)強(qiáng)法和削弱法。補(bǔ)強(qiáng)法是指針對(duì)巷道的現(xiàn)有支護(hù)條件，提升支護(hù)強(qiáng)度，通過外力方法對(duì)巷道進(jìn)行加固。削弱法是指通過深孔爆破、松幫卸壓等方法對(duì)巷道周邊圍巖應(yīng)力進(jìn)行釋放，改變應(yīng)力作用在巷道支護(hù)上的方向，從而起到讓壓的效果[4]。此外，考慮到回采范圍內(nèi)受到構(gòu)造的影響，可采用錨桿錨索與鋼帶的復(fù)合支護(hù)方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，也可在接近斷層和陷落柱附近時(shí)，可通過施工超前探鉆孔進(jìn)行準(zhǔn)確探查，判斷構(gòu)造的準(zhǔn)確位置，利用鉆孔注漿的技術(shù)，對(duì)構(gòu)造破碎帶巖層進(jìn)行注漿加固，從而提高構(gòu)造裂隙帶圍巖穩(wěn)定性、完整性。

4.2 支護(hù)技術(shù)

由于兩巷巷道凈寬5.7 m，凈高3.5 m，優(yōu)化設(shè)計(jì)選用規(guī)格為Φ20 mm×2 000 mm 的錨桿，打設(shè)間排距為800 mm×800 mm，錨索規(guī)格為Φ21.8 mm×8 200 mm，打設(shè)間排距為1 600 mm×1 200 mm，在兩肩窩處各補(bǔ)打一根角度45°的錨索。

根據(jù)巷道實(shí)際揭露頂板巖性，采取靈活多變的支護(hù)措施增加支護(hù)強(qiáng)度。

（1）在遇到構(gòu)造帶，頂板破碎時(shí)，可適當(dāng)減小頂板錨桿打設(shè)的間排距，由800 mm×800 mm 改為600 mm×600 mm，從而加密對(duì)頂板的支護(hù)。

（2）當(dāng)巷道遇到頂板起伏不平、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時(shí)，可改變?cè)幸?guī)則排列錨桿的方式，采用錯(cuò)距打設(shè)，如第一排打設(shè)沿著中線兩側(cè)各400 mm 開始布置，第二排則按照正中線開始打設(shè)，即錯(cuò)排五花眼的方式進(jìn)行布置，而且頂板一旦有坡度，要及時(shí)調(diào)整錨桿、錨索施工的角度，確保支護(hù)有效。

（3）如遇到頂?shù)装迤扑閹?，或者有局部積水、頂板有弱含水層時(shí)，可提前變更玻璃鋼錨桿，選用注漿錨桿進(jìn)行替代。使用注漿錨桿打設(shè)后，通過錨桿進(jìn)行注漿，使用高標(biāo)號(hào)水泥稀漿對(duì)頂板圍巖裂隙進(jìn)行充填，待水泥將裂隙水堵塞置換后，靜置24小時(shí)等待水泥凝固結(jié)塊，達(dá)到支護(hù)條件的補(bǔ)強(qiáng)改善，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的加固。支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 支護(hù)效果優(yōu)化設(shè)計(jì)

5 效果分析

為驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)巷道底鼓的治理效果，選取工作面膠帶順槽距離工作面250 m 范圍內(nèi)的一段巷道，每隔50 m 設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)對(duì)巷道底鼓變化情況進(jìn)行觀測(cè)。支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化前后底鼓量對(duì)比如圖3所示，巷道支護(hù)體系優(yōu)化后，隨著工作面的推進(jìn)，巷道底鼓量由原來500 mm 左右降低至200 mm，最大底鼓量降低2.5 倍左右，控制效果較好，能滿足巷道設(shè)備運(yùn)行和行人、通風(fēng)安全的要求。

圖3 設(shè)計(jì)優(yōu)化前后底鼓量對(duì)比

6 結(jié)語

以長(zhǎng)平礦5302 綜采工作面回采巷道為工程實(shí)例，不斷探索治理底鼓的技術(shù)，并利用靈活多變的綜合治理措施，控制發(fā)生底鼓的周期和形變移近量。通過提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度，降低老巷的失修率，確保工作面在回采的過程中不會(huì)因底鼓造成巷道變形過大，影響行人、通風(fēng)安全和設(shè)備正常運(yùn)行，有效改善了工作面作業(yè)環(huán)境。