元甲煤業(yè)應(yīng)用卸壓法治理回風(fēng)巷道底鼓實(shí)踐

馬崗

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工程概況

山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)元甲煤業(yè)有限公司目前主采的是5#煤層，煤層平均埋深675 m，平均厚度2.4 m，平均傾角為8°。如表1所示，5#煤層頂板巖層以砂質(zhì)泥巖、泥巖及細(xì)砂巖為主，底板巖層以砂質(zhì)泥巖、中砂巖為主。在回采5#煤層過程中，發(fā)現(xiàn)回采巷道底板巖層變形量較大，底鼓嚴(yán)重，給工作面行人、運(yùn)輸及安全生產(chǎn)帶來很多困難。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

2 底鼓分析

1）原巖應(yīng)力測(cè)試。造成巷道底鼓的原因很多，如底板巖層巖性較差、巷道積水嚴(yán)重、高地應(yīng)力[1-4]等。元甲煤業(yè)5#煤層底板巖層以砂質(zhì)泥巖和中砂巖為主，為中等穩(wěn)定底板，且礦井突水量劃分類別為簡(jiǎn)單，巷道并無明顯積水，考慮到5#煤層埋深較大，因此高地應(yīng)力很可能是引起巷道底鼓的主要原因。為掌握5#煤層地應(yīng)力情況，根據(jù)井下現(xiàn)有巷道布置情況及地質(zhì)條件，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原巖應(yīng)力測(cè)試，即確定在北回風(fēng)巷西段位置布置兩個(gè)原巖應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)，地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置如表2所示。

表2 地應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)

原巖應(yīng)力測(cè)試設(shè)備主要由以下幾部分組成：空芯包體應(yīng)力傳感器、數(shù)顯應(yīng)變儀、后期數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的施工工具，其中空芯包體應(yīng)力傳感器如圖1所示。

圖1 空芯包體應(yīng)力傳感器

2）地應(yīng)力分析。將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，繪制出原巖應(yīng)變解除曲線如圖2所示。

圖2 原巖應(yīng)變解除曲線

通過地應(yīng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到地應(yīng)力大小及方向如表3所示。

表3 地應(yīng)力大小及方向

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果，σ1、σ2、σ3均為壓應(yīng)力，其中最大水平應(yīng)力為σ1，應(yīng)力值為39.08 MPa，方位角為293.5°，最小水平應(yīng)力為σ3，應(yīng)力值為12.83 MPa，方位角為203.1°。經(jīng)計(jì)算側(cè)壓系數(shù)λ=σ1/σv=1.52。整體來看，地應(yīng)力呈現(xiàn)σ1＞σ2＞σ3的應(yīng)力特點(diǎn)，說明在5#煤層開采過程中所受的應(yīng)力場(chǎng)以水平應(yīng)力為主。因此，驗(yàn)證了前述關(guān)于水平主應(yīng)力是導(dǎo)致巷道底鼓的主要影響因素的觀點(diǎn)是正確的。

3 應(yīng)用實(shí)踐

通過前述分析，確認(rèn)高地應(yīng)力為引起巷道底鼓的主要影響因素。經(jīng)技術(shù)論證，確定采用卸壓法對(duì)巷道底鼓進(jìn)行治理，即擬定在回采巷道掘進(jìn)過程中，選擇在巷道底板開挖卸壓槽。

以元甲煤業(yè)50107回風(fēng)巷為工程背景進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。50107回風(fēng)巷斷面尺寸為：寬×高=4.6 m×2.9 m。在巷道底板1/3位置布置卸壓槽，卸壓槽尺寸為寬×深=300 mm×1 500 mm，為避免卸壓槽對(duì)巷道運(yùn)輸及行人造成影響，在卸壓槽上設(shè)置一個(gè)蓋板，如圖3所示。

圖3 卸壓槽

在50107回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，為避免卸壓槽施工與掘進(jìn)工作面相互干擾，在滯后掘進(jìn)工作面100 m位置進(jìn)行卸壓槽施工，采用KCJ-20/300礦用智能型開槽機(jī)開挖300 mm×1 500 mm卸壓槽，并及時(shí)加蓋300 mm×200 mm的方形蓋板，以免影響行人及運(yùn)輸。

4 礦壓監(jiān)測(cè)分析

為驗(yàn)證卸壓槽治理巷道底鼓的效果，對(duì)50107回風(fēng)巷進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)布置礦壓綜合測(cè)站，對(duì)巷道圍巖變形量及錨桿（索）受力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)曲線

如圖4（a）、4（b）所示，當(dāng)巷道圍巖穩(wěn)定后，頂板下沉量最大值為130 mm，底鼓量最大值為33 mm，左幫變形量最大值為195 mm，右?guī)妥冃瘟孔畲笾禐?00 mm。在巷道掘進(jìn)過程中，在工作面掘進(jìn)15天內(nèi)時(shí)，頂板下沉量增長(zhǎng)較快，18天后，頂板巖層逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)；在工作面掘進(jìn)9天內(nèi)時(shí)，底鼓量增長(zhǎng)較快，12天后，底板巖層逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)；巷道兩幫變形量在掘進(jìn)15天范圍內(nèi)增長(zhǎng)較快，21天后兩幫逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。如圖4（c）-4（f）所示，頂板錨索在工作面掘進(jìn)后12天內(nèi)荷載增長(zhǎng)較快，24天后，頂板錨索所受荷載趨于穩(wěn)定，最終所受荷載為212 kN；頂板錨桿在工作面掘進(jìn)后15天內(nèi)所受荷載增長(zhǎng)較快，同樣在24天后趨于穩(wěn)定，最終所受荷載為123 kN；巷幫錨桿在工作面掘進(jìn)后9天內(nèi)所受荷載增長(zhǎng)較快，27天后趨于穩(wěn)定，最終左幫錨桿所受荷載為160 kN，右?guī)湾^桿所受荷載為199 kN。

通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)巷道底板施工卸壓槽后，巷道頂板下沉量及兩幫變形量與之前臨近回采巷道未施工卸壓槽時(shí)變形量相差不大，頂板錨桿（索）及巷道兩幫錨桿所受荷載也無明顯差別，但是底鼓量卻明顯降低。實(shí)踐表明對(duì)巷道底板施工卸壓槽并未破壞巷道圍巖原有穩(wěn)定狀態(tài)，反而對(duì)底板巖層的卸壓效果良好，說明對(duì)巷道底板施工卸壓槽，對(duì)于治理因高地應(yīng)力造成的巷道底鼓效果顯著。

5 結(jié)語

以元甲煤業(yè)5#煤層為工程背景，通過現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)試，確認(rèn)引起5#煤層回采巷道底鼓的原因是高地應(yīng)力。因此擬定對(duì)巷道底板采用卸壓槽卸壓技術(shù)治理巷道底鼓，并在50107回風(fēng)巷進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。實(shí)踐中，選擇在50107回風(fēng)巷滯后掘進(jìn)工作面100 m、在巷道底板1/3位置施工寬×深為300 mm×1 500 mm的卸壓槽，為避免卸壓槽影響行人及運(yùn)輸，在卸壓槽上加蓋300 mm×200 mm的方形蓋板。為驗(yàn)證卸壓槽治理底鼓的效果，在50107回風(fēng)巷布置礦壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，施工卸壓槽對(duì)巷道頂板及兩幫巖層變形量及錨桿（索）影響不大，但是巷道底鼓量明顯降低，卸壓效果良好。