劉長源 趙天佑

（中煤平朔集團(tuán)有限公司生產(chǎn)技術(shù)管理中心，山西 朔州 036006）

伴隨礦井開采深度和強(qiáng)度的不斷增加，井下巷道發(fā)生底鼓動(dòng)力現(xiàn)象的頻次也越來越高。巷道底鼓變形后，斷面積減小，不僅影響巷道正常使用，制約礦井高產(chǎn)高效，也對礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成了威脅[1]。回采巷道由于受復(fù)雜圍巖條件、采動(dòng)壓力疊加影響，底鼓問題越發(fā)嚴(yán)重，需要進(jìn)一步分析研究底鼓發(fā)生機(jī)理，盡快找到有效的控制方法。

1 工程概況

井工一礦9110 工作面布置在太西采區(qū)9 號(hào)煤層中，工作面上部為4110 工作面采空區(qū)，東部是三條大巷及保護(hù)煤柱，南部為設(shè)計(jì)回采的9111 工作面（實(shí)體煤），西部為地表物探小窯破壞區(qū)，北部與9109工作面采空區(qū)相鄰。工作面采用傾斜長壁后退式采煤方法，綜采放頂煤回采工藝。工作面面長240 m，走向長度3150 m，煤層均厚在11.9 m，煤層傾角1～5°，平均埋深為310 m。煤層直接頂為0～3.73 m、平均1.6 m 厚的泥巖、炭質(zhì)泥巖、高嶺石泥巖互層，基本頂為2.9～13.13 m、平均7.83 m 厚的泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，直接底為1.47～3.48 m、平均3.19 m 厚的砂質(zhì)泥巖。

9110 輔運(yùn)巷沿9 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)寬度為5.2 m，高度3.5 m，北部與9109 工作面采空區(qū)間隔煤柱寬度20 m，在掘進(jìn)期間有輕微底鼓。9110 工作面回采期間，由于受到采動(dòng)支承壓力的影響，9110 輔運(yùn)巷在工作面前方約50 m 范圍內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重圍巖變形，頂板下沉，兩幫縮進(jìn)，特別是臨空側(cè)巷幫破碎，形成大量網(wǎng)兜，巷道底板大范圍、長距離底鼓嚴(yán)重，最大底鼓量超過520 mm，嚴(yán)重阻礙巷道運(yùn)輸通行等正常需求及安全生產(chǎn)。

2 采動(dòng)回采巷道底鼓類型和機(jī)理分析

2.1 底鼓類型分析

根據(jù)現(xiàn)有資料研究分析，對于采動(dòng)影響下回采巷道底鼓類型以擠壓流動(dòng)型底鼓為主[2]。

布置在煤層中的工作面回采巷道，通常圍巖力學(xué)性質(zhì)及強(qiáng)度相對較差。受工作面采動(dòng)影響，巷道圍巖在支承壓力作用下，嚴(yán)重破損，巷道整體處于松散、破碎的煤巖體環(huán)境中。普遍情況下，強(qiáng)度稍低的巷道兩幫首先被嚴(yán)重破壞，隨著工作面回采動(dòng)壓影響，集中在巷道兩幫的應(yīng)力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，擠壓底板周圍破碎巖層巖體向巷道內(nèi)流動(dòng)，從而形成巷道擠壓流動(dòng)型底鼓[3]。

2.2 底鼓機(jī)理分析

受上區(qū)段9109 工作面回采影響，產(chǎn)生在隔離煤柱中的上覆巖層超前支承壓力及側(cè)向支承壓力，使得強(qiáng)度較弱的煤體巷幫發(fā)生破裂，并且破壞程度明顯大于底板?；夭上聟^(qū)段9110 工作面時(shí)，形成的二次回采超前支承壓力與一次回采后的剩余支承壓力對巷道圍巖形成疊加作用，促使圍巖變形進(jìn)一步加快。兩幫煤巖體破損范圍逐漸增大，這就使得上覆巖層的集中應(yīng)力及重力經(jīng)過兩幫傳送到巷道底板，當(dāng)超過底板極限承載力時(shí)，底板巖層將沿滑移線向巷道內(nèi)擠壓，發(fā)生底鼓[4]。

3 底鼓防治技術(shù)措施

通過對回采巷道底鼓機(jī)理的分析，發(fā)現(xiàn)9110 輔運(yùn)巷產(chǎn)生底鼓的本質(zhì)因素是巷道圍巖應(yīng)力大和圍巖力學(xué)性能差。因此，治理這類底鼓的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何提高圍巖抗變形能力以及改進(jìn)支護(hù)方法[5]。決定采用“起底+頂幫底聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)+超前支護(hù)+底板防水”的綜合防治技術(shù)措施，延緩巷道底鼓發(fā)生。

（1）起底

利用檢修班時(shí)間，集中安排工人用風(fēng)鎬等工器具對9110 輔運(yùn)巷工作面前方約50 m 范圍進(jìn)行起底。起底高度滿足工作面前后部刮板運(yùn)輸機(jī)推移、支架移架及行人運(yùn)料即可，既不占用生產(chǎn)時(shí)間，也減少工作量。

（2）頂幫底聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)

① 在動(dòng)壓影響區(qū)域，補(bǔ)打頂板錨索，使用1×19 股、直徑21.8 mm 的大延伸率專用鋼絞線，配套拱形可調(diào)心（調(diào)心球墊）錨索托板，錨索安裝初始張拉力控制在250～300 kN 之間。間排距根據(jù)圍巖條件確定，控制在1.2～2.0 m 之間。

② 在巷道煤柱幫靠中部位置分別打設(shè)1 根直徑21.8 mm、1×19 股的幫錨索，錨索長度4.3 m，配拱形托板。幫錨索距底板高度不大于500 mm，排距2 m，垂直于巷幫表面打設(shè)。

③ 在巷道兩幫現(xiàn)有幫網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，增加鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)到底，確保巷幫無裸露；補(bǔ)打巷道底角錨桿，和水平面的夾角是45°，采用“錨桿+W鋼護(hù)板”形式，對巷幫底部圍巖進(jìn)行維護(hù)。

通過對頂部、幫部加強(qiáng)支護(hù)，改良了巷道周圍巖層的物理力學(xué)特性，增強(qiáng)了自身強(qiáng)度以及承載能力，提升了穩(wěn)固性。對底部幫角增設(shè)錨桿錨網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，使得淺部巖層可以保持相對穩(wěn)定平衡，最后逐步組成承載能力較強(qiáng)的整體結(jié)構(gòu)，使得巷道的穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。

（3）超前支護(hù)

在原9110 輔運(yùn)巷超前掩護(hù)支架20 m 支護(hù)范圍外，增加“單體支柱+鋼梁”超前支護(hù)，一梁兩柱，排距1 m，延伸支護(hù)長度50 m。根據(jù)現(xiàn)場圍巖變形情況，動(dòng)態(tài)增設(shè)單體支柱，變?yōu)橐涣喝让芗ёo(hù)形式，或加設(shè)木垛支護(hù)，減緩頂板下沉，減少應(yīng)力向兩幫及底板傳遞。

（4）底板防水措施

9 號(hào)煤層巷道底板以砂質(zhì)泥巖為主，局部底板為1.47～3.48 m 薄層泥巖。在掘進(jìn)及回采期間，由于巖層裂隙水、洗巷水或管路跑冒滴漏等產(chǎn)生的污水滲透進(jìn)入底板，底板巖層浸水后體積會(huì)發(fā)生擴(kuò)脹、強(qiáng)度弱化等問題。通過采取及時(shí)疏導(dǎo)清理兩幫水溝、人工清掃巷道、加強(qiáng)管路檢修等措施，減少了底板泥巖與巷道底板積水接觸時(shí)間，改善了底板賦存環(huán)境，提高底板強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

4 底鼓控制效果

底鼓防治技術(shù)措施在 9110 綜放工作面輔運(yùn)巷進(jìn)行了200 m 的工程試驗(yàn)，同時(shí)展開礦壓觀測工作，主要觀測巷道頂?shù)缀蛢蓭偷膰鷰r變形情況。現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果顯示：隨著工作面推進(jìn)，巷道頂板下沉量和兩幫縮進(jìn)量顯著收縮，累計(jì)下沉量為127 mm，縮進(jìn)量為317 mm；巷道底鼓量及底鼓速率都較小，最大底鼓量234 mm，最大底鼓速率39.5 mm/d。圍巖變形量相比原先明顯減小，底鼓變化量及變形速率都在可控制范圍內(nèi)。

由此可見，采取圍巖聯(lián)合加固、超前支護(hù)、底板防水等綜合治理措施后，巷道圍巖的強(qiáng)度和抗變形能力顯著提升，巷道底鼓變化趨勢減弱，底板逐漸穩(wěn)定，減少了起底、刷幫等工作量，在不返修或局部少量返修的情況下，滿足了工作面生產(chǎn)期間相關(guān)使用要求。