淺談軟巖巷道底臌的防治對(duì)策與實(shí)踐

郭素兵

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦二號(hào)井，山西 晉城 048019）

某礦可采煤層為兩層，上層已回采，現(xiàn)正回采下層煤。在下層煤層回采順槽的掘進(jìn)過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)巷道或硐室，由于受回采及自身地質(zhì)條件的影響，引起其圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，加之煤層直接底為平均厚度2.6 m的鋁質(zhì)泥巖,遇水易膨脹、軟化。使頂、底板和兩幫巖體發(fā)生變形并向巷道內(nèi)位移，尤其在回采工作面相鄰巷道，底臌尤為明顯。強(qiáng)烈的底臌不僅帶來(lái)了大量反復(fù)的巷修工作，增加了維護(hù)費(fèi)用，打亂了正常的采掘銜接，而且還影響了礦井的安全生產(chǎn)。

1 巷道底臌的變形特點(diǎn)

13032巷頂板采用Φ20×2 000（mm）左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋錨桿掛鋼筋托梁、錨索聯(lián)合支護(hù),幫部采用Φ20×2 000（mm）左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋錨桿鋪塑料網(wǎng)掛鋼筋托梁、錨索聯(lián)合支護(hù)。錨桿采用樹脂加長(zhǎng)錨固，頂部錨桿兩支錨固劑，一支K2335，一支Z2360錨固劑，幫部錨桿一支Z2360錨固劑，鉆孔直徑為28 mm。錨索長(zhǎng)度5.3 m，采用3支錨固劑，一支K2335，兩支Z2360。頂錨桿每排3根，幫部錨桿每排3根，見(jiàn)表1。

表1 13032巷巷道技術(shù)特征表

巷道開挖后，隨著回采工作面的推進(jìn)，底板逐漸鼓起，一個(gè)月之內(nèi)，巷道凈寬由原來(lái)的4.0 m變?yōu)? m左右,巷道凈高由原來(lái)的2.5 m變?yōu)?.5 m左右。

2 巷道底臌的機(jī)理

底臌是軟巖巷道礦壓顯現(xiàn)的重要特征之一，大量的井下觀測(cè)表明，軟巖巷道、硐室的底臌通常具有流變性，底板巖體隨時(shí)間持續(xù)地向巷道內(nèi)鼓出。大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究表明，軟巖的擴(kuò)容、膨脹、彎曲及流變是巷道底臌的主要原因。軟巖巷道底臌是復(fù)雜的物理力學(xué)過(guò)程，與軟巖的物理、力學(xué)特性及圍巖應(yīng)力狀態(tài)和工程環(huán)境條件有關(guān)。按其形成機(jī)理可分為膨脹型底臌和應(yīng)力型底臌。

3 影響底臌的主要因素

引起底臌的因素很多，其中影響最大的是底板圍巖狀態(tài)和巖層應(yīng)力，其次是水理作用、支護(hù)強(qiáng)度和巷道斷面形狀。

4 巷道底臌的防治方法

4.1 優(yōu)先采用防治水措施，作為杜絕底板膨脹的對(duì)策

巷道中的滲水、施工用水造成的積水等都為井下水的主要來(lái)源，是巷道底臌的主要根源之一。因此，防治水是解決巷道底臌的重要治本措施。該工作面在掘進(jìn)過(guò)程中上覆地層裂隙水將會(huì)滲入巷道，要做好排水準(zhǔn)備工作，在巷道低洼積水處巷幫側(cè)掘水窩，配備IS100-65-250型離心式水泵或BQS60/80/30/N型潛水排沙泵、一趟排水管配合WB35-20風(fēng)動(dòng)渦淪潛水泵形成的排水系統(tǒng)及時(shí)排水。同時(shí)做到加強(qiáng)施工用水的管理，防止水管的滴漏。

4.2 采取加固巷道幫角支護(hù)措施

一般沿煤層掘進(jìn)的巷道,兩幫煤層的強(qiáng)度通常較巷道頂、底板巖層強(qiáng)度低。在開巷后二次應(yīng)力的作用下，圍巖塑性區(qū)首先產(chǎn)生在強(qiáng)度最低的兩幫和應(yīng)力集中程度最高的角部，隨著幫角塑性區(qū)的發(fā)展，其他部位的塑性區(qū)也逐漸發(fā)展，但最終仍以幫、角的塑性區(qū)為最大。圍巖塑性區(qū)產(chǎn)生后，其范圍大小對(duì)巷道圍巖變形量與底臌量影響最大。煤幫和底板圍巖塑性區(qū)大、破碎區(qū)也大，由此產(chǎn)生的圍巖塑性變形、黏塑性流動(dòng)、體積膨脹變形及底臌量也就越大。在工作面回采引起的集中應(yīng)力作用下，巷道兩幫巖層將會(huì)受到壓縮，從而產(chǎn)生巖層的附加壓縮變形量。巷道兩幫的壓縮下沉，加劇了圍巖塑性破壞和體積膨脹，同時(shí)也壓縮了底板，使底板產(chǎn)生破裂、滑移、底臌劇烈；兩幫壓縮下沉量越大，巷道底臌量也就越大。

為了控制巷道變形與底臌，開巷后應(yīng)盡早加固強(qiáng)度較弱的煤幫和角部部位，主要是底角，13032巷動(dòng)壓區(qū)掘進(jìn)時(shí)，將錨桿排距縮小為1 m，頂板錨桿每排4根，頂板錨索間排距2 m加槽鋼連鎖邁步式加強(qiáng)支護(hù)。幫部每排4根錨桿，同時(shí)幫部每排施工2根幫錨索，見(jiàn)表2。

表2 13032巷動(dòng)壓區(qū)巷道技術(shù)特征表

5 應(yīng)用效果

通過(guò)下層煤回采順槽13032巷掘進(jìn)實(shí)踐證明，開巷后及時(shí)加固巷道軟弱的幫、角圍巖，能有效控制幫、角圍巖塑性區(qū)的發(fā)展和松動(dòng)破裂圍巖的體積膨脹，這一技術(shù)措施，不僅能顯著地控制巷道底臌，也能顯著控制巷道兩幫圍巖移近。

6 結(jié)論

對(duì)于高應(yīng)力區(qū)的軟巖巷道，采用了防治水與加強(qiáng)巷道幫角支護(hù)等一系列防治底臌的措施，不僅避免了大量的巷道維修工作，降低了相應(yīng)的維護(hù)費(fèi)用，而且還保證了礦井的正常采掘銜接，確保了礦井的安全有序生產(chǎn)，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

[1]何滿潮，孫曉明.中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2]陳炎光，陸士良.中國(guó)煤礦巷道圍巖控制[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.