深部綜放工作面巷道底鼓控制技術研究

閆春光

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)，山西 靈石 031302）

0 引言

近些年來，隨著礦井煤炭產量不斷增加、采掘深部不斷加深，采掘作業(yè)受地質構造、瓦斯、水、粉塵等各因素影響更趨顯著，回采巷道圍巖控制較為困難[1-2]。采面回采巷道圍巖變形量大、底鼓等問題會影響巷道正常使用，給煤炭安全高效回采工作帶來威脅[3]。底鼓變形與巷道所處位置巖性、圍巖支護方式以及應力分布狀態(tài)等有關，是一個較為復雜的物理、力學過程[4-5]。根據有關研究成果顯示，底鼓嚴重區(qū)域內巷道底鼓量占頂底板變形量的70%以上，如何實現巷道底鼓量有效防止是煤炭開采期間需重點解決問題[6-8]。山西某礦隨著采深增加以及開采范圍增大，多個綜放工作面回采巷道出現底鼓變形量大問題，特別是采動影響區(qū)內底鼓影響更為顯著，導致巷道有效使用斷面縮小、通風阻力增大等問題，影響巷道正常使用以及采面回采。文中就以該礦21303 綜放工作面底鼓防治為背景，根據采面回采巷道現場情況針對性提出底鼓控制技術，為采面煤炭高效開采創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

21303 綜放工作面設計開采13#煤層，煤厚均值6.4 m、傾角5～12°，賦存較為穩(wěn)定，回采區(qū)域內地質構造不發(fā)育。21303 綜放工作面采高2.8 m、放煤高度3.6 m，煤層頂底板以砂巖、泥巖、泥頁巖等為主，具體頂底板巖性，如圖1 所示。采面設計推進長度1 980 m、斜長為260 m，設計推進速度為12 m/d。

圖1 13#煤層頂底板巖性

21303 綜放工作面采面北側已回采完畢的21301綜放工作面采空區(qū)、南側為圈定的21305 綜放工作面待采區(qū)、西側為13#煤層輔運大巷、東側為采區(qū)邊界。21303 綜放工作面回采的13#煤層直接頂為泥頁巖（厚度5.5 m）、底板為泥巖（厚3.5 m），頂底板均為承載能力較差的軟巖且遇水容易膨脹變形。在21303 綜放工作面回采期間回風巷底鼓嚴重，底鼓量最大超過520 mm，巷道底鼓量大嚴重制約采面安全回采。

2 回采巷道底鼓分析

2.1 巷道斷面及支護參數

回采巷道圍巖變形量與巷道斷面積有密切關聯，21303 綜放工作面回采巷道設計為矩形斷面，凈寬×凈高=3 300 mm×5 500，巷道斷面積大導致頂底板位移量偏高，尤其是底板底鼓量占比較大。

回采巷道支護參數會直接影響圍巖穩(wěn)定性，若巷幫支護參數未能與圍巖變形特征相適應性，勢必會增大底板底鼓量。21303 綜放工作面回風巷圍巖采用錨網索梁支護方式，頂板布置5 根錨桿，靠近巷幫錨桿間距為1 400 mm、中部2 根錨桿間距為1 200 mm，錨桿排距均為1 500 mm；頂板布置4 根錨索，按照1 500 mm×1 500 mm 間排距布置;巷幫僅布置3 排錨桿，間排距為1 500 mm×1 500 mm，巷幫鋪設的金屬網未鋪設到底,具體支護斷面，如圖2 所示。巷幫下部未支護范圍裸露范圍大，底板在高水平應力、高地應力等作用下容易沿著滑移面向巷道內擠出，導致嚴重底鼓問題。

圖2 巷道原支護斷面

2.2 周邊開采及護巷煤柱寬度

21303 綜放工作面北側及南側分別為采空區(qū)、未采煤層，在采空區(qū)側向應力、采動壓力疊加作用下導致巷道底鼓量增加。

保護煤柱寬度直接影響回采巷道與鄰近采面間距離，進而決定采空區(qū)側向支承應力對回采巷道影響程度。21303 回風巷底鼓最為嚴重段出現在錯車硐室附近，受錯車硐室影響煤柱寬度由18 m 縮小至9 m。

3 底鼓控制技術

21303 回風巷底板為承載能力較差的軟巖，厚度均值3.5 m，回風巷道底鼓量整體較大。對回風巷圍巖變形監(jiān)測發(fā)現，巷道巷幫靠近底板位置底鼓量較大，巷道底板破壞較為嚴重，同時實體煤幫處煤壁出現破斷片幫情況。根據圍巖變形特征提出以卸壓、加固為核心的底鼓防治技術，具體措施包括底板施工注漿鉆孔增強底板承載能力、巷幫及底板布置卸壓孔降低圍巖應力集中程度、巷幫增設玻璃鋼錨桿提高支護強度。

3.1 卸壓鉆孔布置

為有效控制巷道底板底鼓及巷幫片幫問題，在巷幫及底板均布置鉆孔卸壓。在巷幫位置布置兩排卸壓鉆孔，卸壓孔垂直巷幫煤壁布置，卸壓孔直徑為150 mm、間距1.5 m、深度8 m；在巷道底部中心位置施工一個卸壓孔，鉆孔垂直巷道底板布置，孔徑150 mm、孔深4 m。為避免巷道水進入到底板卸壓孔內，在卸壓孔內采用碎屑進行充填。具體卸壓孔布置，如圖3 所示。

圖3 卸壓孔布置示意圖

3.2 注漿加固

在巷道底板施工注漿鉆孔，通過鉆孔將注漿漿液壓入到底板巖體裂隙中，增強底板巖體穩(wěn)定性及承載能力，以便改善巷道底板受力條件。

巷道底板兩側靠近巷幫500 mm 位置施工2 個注漿鉆孔，鉆孔均有25°～30°外插角，鉆孔深度為4 000 mm、孔徑為42 mm，間排距為2 400 mm×1 500 mm。注漿漿液選用水泥單液漿，注漿壓力3～5 MPa。

采用錨桿+錨索+金屬網方式強化回風巷頂板、巷幫支護，在煤柱幫采用螺紋鋼錨桿、采面幫采用玻璃鋼錨桿強化支護；巷幫錨桿間排均為750 mm、排距1 500 mm；在巷道頂板靠近巷幫的錨桿、錨索間分別增設一個錨索進行補強加固，補強錨索間距為3 000 mm、排距為1 500 mm。具體底板注漿鉆孔及圍巖強化支護設計，如圖4 所示。

圖4 底板注漿鉆孔及圍巖強化支護示意圖（單位：mm）

3.3 底鼓控制效果分析

采用卸壓孔+底板注漿+強化圍巖支護方式對21303 回風巷底板底鼓問題進行控制，并進行現場應用。對底鼓控制措施應用前后巷道底鼓量進行監(jiān)測，具體監(jiān)測結果，如圖5 所示。從監(jiān)測結果看出，底鼓控制措施應用前后底鼓量變化均呈現緩慢增加-快速增加-平穩(wěn)趨勢；在底鼓控制措施應用后30 d 內底鼓量緩慢增加，30～60 d 底鼓量快速增加，60～90 d 底鼓量平穩(wěn)、基本不再增加；在底鼓治理措施應用前監(jiān)測到底鼓量最大為262.3 mm 且底鼓量呈現緩慢增加趨勢，底鼓治理措施應用后底鼓量最大為106 mm 且底鼓量基本不再增加，底鼓量較治理前降低約59.6%，現場采用的底鼓控制措施取得較為顯著成果。

圖5 底鼓量監(jiān)測曲線

4 結語

1）21303 綜放工作面回風巷在底板承載能力差、采動壓力、采空區(qū)側向應力以及地應力等因素疊加作用下出現巷道底鼓量大問題，在一定程度制約巷道使用及采面生產。根據巷道圍巖變形特征并結合現場條件，提出采用卸壓孔+底板注漿+強化圍巖支護方式控制底鼓。

2）在巷幫靠近位置補打錨桿補強、在頂板靠近巷幫位置補打錨索補強，在采面幫及巷道底板布置卸壓孔降低圍巖應力集中程度，在巷道底板布置注漿孔強化底板巖體強度。

3）現場應用后，巷道底鼓問題得以較好解決，最大底鼓量控制在106 mm 以內，底鼓量較應用前降低約59.6%，實現了底鼓變形有效控制。