（山西陽(yáng)泉市南煤集團(tuán)南莊分公司 山西 045000）

引言

我國(guó)煤礦的發(fā)展使得采空巷道的底部經(jīng)常會(huì)存在底鼓的現(xiàn)象，巷道的底板巖體內(nèi)部也會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性力學(xué)特征，最終會(huì)影響到巷道的正常使用。因此，巷道底鼓防止技術(shù)已經(jīng)成為了目前煤礦掘進(jìn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。多數(shù)采空側(cè)巷道會(huì)在很大程度上受到周?chē)ぷ髅娴挠绊?，?nèi)部的應(yīng)力更會(huì)隨之發(fā)生變化。一旦遇到施工單位不全力地注意，自然會(huì)使得防治措施不能夠發(fā)揮更大的作用。

1.采空側(cè)巷道底鼓概述

從實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)巷道底鼓是因?yàn)榈装灞黄茐亩a(chǎn)生的，更多的底鼓不但和周邊巷道內(nèi)部的物理性質(zhì)有直接的關(guān)系，更和圍巖應(yīng)力有著很大的關(guān)系。

從觀測(cè)的過(guò)程看，相比于相同條件下的實(shí)體煤礦巷道，采空側(cè)巷道底鼓會(huì)變得很大，以此巷道底部會(huì)變得非常不對(duì)稱(chēng)。造成這一切的根源就是巷道應(yīng)力自身的特征。

另外，因?yàn)閮?nèi)部煤柱寬度有所不同，巷道底鼓也會(huì)因此而不同。如果底部寬度確實(shí)變小，底鼓則會(huì)變得更加激烈。如果寬度變大，底鼓則會(huì)變小。回風(fēng)巷道內(nèi)部的底鼓和尾巷道掘進(jìn)的位置將會(huì)有著直接的關(guān)系[1]。隨著不斷地向煤礦巷道內(nèi)部掘進(jìn)，煤柱內(nèi)部的寬度也會(huì)不斷地減少，巷道內(nèi)部的煤柱會(huì)直接被破壞，所以原來(lái)已經(jīng)作用于煤柱上的壓力也會(huì)存在于回風(fēng)巷內(nèi)部。

在實(shí)際傳遞頂幫壓力時(shí)，正因?yàn)榈装鍙?qiáng)度非常弱，如果受到了嚴(yán)重的擠壓則會(huì)誘發(fā)明顯的變形。這進(jìn)一步說(shuō)明了底鼓其實(shí)還是會(huì)受到多方壓力的影響。煤柱寬度和壓力的內(nèi)容也會(huì)影響底鼓的形成。

2.巷道底鼓機(jī)制探究

從諸多實(shí)踐中可以看出，采空區(qū)底鼓變形的原理為：隨著后續(xù)補(bǔ)尾巷道掘進(jìn)的不斷發(fā)展，原本作用于尾部巷道的煤體壓力也會(huì)更好地被轉(zhuǎn)移，甚至?xí)D(zhuǎn)移到新的回風(fēng)巷道和煤柱上，這就會(huì)讓回風(fēng)巷道內(nèi)部存在二次分布或者應(yīng)力過(guò)于集中的現(xiàn)象。正因?yàn)橄锏理敯搴蛢蓭椭ёo(hù)內(nèi)部的密度不斷地變大，圍巖變形的量較小，更多圍巖內(nèi)部的壓力將不能夠被更好地釋放出來(lái)[2]。原先作用于頂板和煤柱上的壓力在被擠壓之后就會(huì)出現(xiàn)新的斷裂現(xiàn)象，底板也會(huì)在第一時(shí)間隆起。如果煤板隆起的現(xiàn)狀過(guò)于嚴(yán)重，煤幫就會(huì)直接下沉，如果巷道底腳支護(hù)的部位過(guò)于薄弱，此部位就會(huì)直接向外移動(dòng)。

(1)底板巖性

圍巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)和其他因素都會(huì)對(duì)巷道底鼓產(chǎn)生不同的影響。如果底板位于砂巖正中就會(huì)顯得非常穩(wěn)定，甚至不會(huì)出現(xiàn)底鼓。但是，如果底板存在于較軟的泥巖或者是斷層內(nèi)部，由于內(nèi)部的強(qiáng)度本身就很低，吸水率也會(huì)變高，地應(yīng)力的基礎(chǔ)上就會(huì)產(chǎn)生新的底鼓。

(2)水理作用

從多數(shù)礦井地質(zhì)資料和發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)看，多數(shù)礦區(qū)內(nèi)部的構(gòu)造非常復(fù)雜，含水層和隔水層會(huì)呈現(xiàn)相間的狀態(tài)，更多的地下水會(huì)因此承受壓力，形成常見(jiàn)的裂隙壓水。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，如果遇到了含水量非常豐富的地段，圍巖就會(huì)在第一時(shí)間破碎成泥，進(jìn)而出現(xiàn)流變的現(xiàn)象。另外，如果較大的巖石出現(xiàn)了軟化的現(xiàn)象，巖塊自身的強(qiáng)度也會(huì)變差，最終會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被破壞，當(dāng)無(wú)法滿(mǎn)足支護(hù)要求時(shí)，自然就會(huì)誘發(fā)更為嚴(yán)重的局部底鼓現(xiàn)象。這其實(shí)也會(huì)讓整個(gè)采空巷道非常不穩(wěn)定[3]。

(3)支護(hù)強(qiáng)度

如果只是重視巷道頂板和邊幫支護(hù)，卻沒(méi)有對(duì)底板有效地進(jìn)行支護(hù)，這樣底鼓會(huì)經(jīng)常處于不支護(hù)的狀態(tài)。如果在礦工鋼棚下設(shè)置底梁，卻沒(méi)有對(duì)底板進(jìn)行支護(hù)，則整個(gè)礦工鋼棚就要受到前所未有的壓力。為了更好地保護(hù)它，必要時(shí)需要將各種力道向支護(hù)的底板傳遞。如果頂板下沉就會(huì)破壞整個(gè)底板原有的平衡，底板也就會(huì)向空間內(nèi)部的巷道隆起，形成更多的巷道底鼓。

3.案例分析

(1)煤礦介紹

某工作面內(nèi)部的采煤層為石炭系上統(tǒng)的煤層，埋深直接介于406-480m之間，煤層的厚度則浮動(dòng)于5.3-7.8m之間，平均的厚度為7.03m，煤層平均的傾斜角度為2.5°。如果開(kāi)采時(shí)只是配合單一長(zhǎng)臂的綜合機(jī)械來(lái)進(jìn)行工作，配合合適的自然垮落法來(lái)管理整個(gè)采空區(qū)內(nèi)部的頂板。該工作面和另外一個(gè)8101采空區(qū)緊密相連，兩者之間煤柱的厚度大約介于17m。但是，因?yàn)槭艿搅瞬煽諈^(qū)內(nèi)部壓力的影響，底鼓的數(shù)量會(huì)變得越來(lái)越多，慢慢就會(huì)讓煤礦巷道都不能夠更好地實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸。

(2)防治底鼓的措施

①施工煤體大直徑卸壓鉆孔

可以采用專(zhuān)業(yè)大直徑御壓鉆孔的方式來(lái)防止出現(xiàn)底鼓。應(yīng)該讓這樣一系列操作方式都集中在區(qū)域內(nèi)部，并使得其直徑小于106mm。也只有真正排出因?yàn)樽冃位蛘咩@孔而產(chǎn)生的煤粉，巖體應(yīng)力才會(huì)轉(zhuǎn)移到最深處或者高應(yīng)力巷道的內(nèi)部，自然也就能夠解除煤巖體的危機(jī)。真正使用此方式時(shí)，應(yīng)該讓煤體還沒(méi)有聚集更多的高應(yīng)力時(shí)就進(jìn)行卸壓鉆孔，于是，整個(gè)煤巖體自然就不會(huì)存在應(yīng)力較高的區(qū)域。

實(shí)踐中，整個(gè)工作面都未能夠受到相鄰區(qū)域垮落巖層的影響，巷道周?chē)匀粫?huì)保證一個(gè)較高的應(yīng)力水平。另外，真正超前的壓力和側(cè)向的壓力會(huì)和原本的應(yīng)力相互合并在一起，周?chē)锏赖膽?yīng)力也會(huì)隨之變高，從而誘發(fā)更大的沖擊[4]。因此，需要先卸載整個(gè)掘進(jìn)巷道的壓力，再直接卸掉周?chē)后w的壓力。

注意先在該巷道兩幫來(lái)打?qū)Ｓ玫男秹嚎祝⒆屝秹嚎椎姆秶诠ぷ髅媲胺降?50m距離，并將鉆孔的直徑定位為108mm，鉆孔之間的距離定位為1m，距離巷道底板1-1.6m，注意鉆孔時(shí)不要直接鉆入頂板和底板的巖層。圖1就是煤體內(nèi)部的示意圖。

圖1 煤體大直徑鉆孔布置示意圖

②主動(dòng)加強(qiáng)支護(hù)

圖2 煤礦巷道原斷面

多數(shù)錨索內(nèi)部的錨固自身的深度都很大，因此也有了較高的承載能力，必要時(shí)更可以合并較強(qiáng)的預(yù)緊力。因此，可以通過(guò)主動(dòng)加強(qiáng)支護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頂板打錨索，從而提升巷道支護(hù)的效果，注意將錨索的長(zhǎng)度控制在10m。圖2顯示了巷道中原有的支護(hù)情況。

③被動(dòng)支護(hù)

除了采用上文所說(shuō)主動(dòng)加強(qiáng)支護(hù)的方式，更可以融入被動(dòng)支護(hù)的方式，也就是我們常說(shuō)的單體支護(hù)。該煤礦巷道超前支護(hù)的距離被確定為50m，并配合三梁三柱的支護(hù)方式[5]。該巷道內(nèi)部因?yàn)槌惺芰藳_擊來(lái)壓而使得單體柱被損壞了17根。因此，可以通過(guò)對(duì)單體柱子不斷地加強(qiáng)支護(hù)來(lái)將其定位為五梁五柱，整個(gè)過(guò)程如圖3所示：

圖3 煤礦巷道原超前支護(hù)

4.實(shí)際效果

在使用了新的防治底鼓措施之后，不僅巷道內(nèi)部的變形量不斷加大，等到過(guò)了16d，期頂板的下沉量和底板的變形量都能夠有效地穩(wěn)定下來(lái)。在對(duì)巷道采用了常規(guī)的加固措施之后，巷道內(nèi)部變形的量逐步降低，平均底鼓的量將會(huì)被確定為260mm。

5.結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際運(yùn)用大直徑卸壓和巷道支護(hù)技術(shù)時(shí)，確實(shí)需要綜合考慮多種監(jiān)測(cè)方法和發(fā)揮的實(shí)際作用，并注意運(yùn)用巷道表面的位移方法來(lái)防止巷道底部出現(xiàn)底鼓的現(xiàn)象，這樣才能夠發(fā)揮更好的作用。實(shí)際表明，多樣化的巷道加密技術(shù)確實(shí)可以在控制巷道底鼓的基礎(chǔ)上讓生產(chǎn)的過(guò)程變得更加安全。常規(guī)底鼓防止方案智慧對(duì)鄰近的巷道產(chǎn)生直接的影響。因此，需要先結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造的影響再選擇合適的巷道加強(qiáng)支護(hù)方案。而本文提出了預(yù)防底鼓的方案也可以在減少巷道變形的基礎(chǔ)上更多地減少維護(hù)量，這樣不僅能夠讓煤礦巷道生產(chǎn)變得更加安全，更能夠有效地提升礦井的經(jīng)濟(jì)效益。