兌鎮煤礦31102工作面順槽底鼓原因分析及控制

康繼忠，吳雪飛

（山西離柳焦煤集團有限公司，山西 呂梁 033000）

兌鎮煤礦31102工作面順槽底鼓原因分析及控制

康繼忠，吳雪飛

（山西離柳焦煤集團有限公司，山西 呂梁 033000）

通過分析兌鎮煤礦31102工作面巷道出現嚴重快速底鼓現象的原因，提出了采用錨網索耦合支護技術控制巷道底鼓的方案。

耦合支護；底鼓；控制

1 兌鎮煤礦31102采煤工作面概況

31102 工作面位于兌鎮煤礦三采區東翼，工作面兩巷沿煤層掘進，留有0.8 m～1.2 m的底煤。31102工作面開采10號～11號合并層，平均厚度7.24 m，煤層普氏系數f=1.5～2，煤層埋藏穩定，結構復雜，含有0.05m～0.20m數層夾石。9號煤層厚度1.59m，與合并層間距在0.7 m～1.1 m，巖性為泥巖，9號煤直接頂為K2灰巖，堅硬，但大多數薄層存有偽頂，易跨落；合并層10號～11號煤直接底為粘土泥巖，遇水膨脹。31102工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤工藝。工作面頂板控制采用全部垮落法控制頂，采空區頂板隨著支架前移自行垮落充填。

2 底鼓原因分析

兌鎮煤礦三采區多個工作面順槽巷道均發生了底臌現象，其中31102采煤工作面順槽巷道底臌現象最為明顯，其發生的主要原因有以下4點：

（1）人為采掘使得處于平衡的圍巖應力破壞，通過人工支護保持這種應力處于平衡狀態，剛性的人為支護暫時阻止了明顯的變形，內部蠕變通過底板慢慢的釋放；巷道的兩幫和頂板都有錨網支護，而巷道底板沒有采取任何形式的支護措施。而且巷道底板下面有0.8 m～1.2 m煤層，煤層相對于巖層強度低，自身的承壓能力低，在圍巖的高應力條件下產生底板變形底鼓。（2）煤柱的留設寬度也是產生底鼓的一種原因，一般說來煤柱留設寬度增大，煤柱傳遞給底板的力增加。31102工作面運輸順槽與相鄰的31104工作面運輸順槽之間煤柱為39 m，31102工作面回風順槽與相鄰的31105工作面運輸順槽間煤柱為27m。（3）巷道布置的位置，31102工作面部分巷道布置在褶曲地帶，使得彈性變形能得不到有效釋放，可能在圍巖體兩幫產生擠壓變形，之后能量進一步向底板轉移，促使底板抬高、鼓出。（4）31102工作面回風順槽的淋水，對整個底板的應力場造成了較大的影響，頂板和巷幫的流水使得巷道經常積水，底板的煤和鋁土泥巖浸水后強度有一定程度的弱化，容易破壞產生底鼓。

3 巷道底鼓控制設計

3.1 設計思路

31102 工作面順槽巷道出現底鼓主要原因是由于上覆巖層應力造成的，可通過增加巷道頂板的整體性來控制巷道底鼓。通過加強巷道頂板的整體性，接近原巖應力，可以從根源上抑制底鼓的產生。

3.2 設計方案

增加巷道頂板的整體性，可采用對巷道頂板實施耦合支護來實現。對巷道頂板實施耦合支護后，由于錨索的擠壓加固作用和組合梁(拱)作用，提高了頂板巖梁的強度和彈性模量，從而大大改善了頂板的穩定性，減小了直接頂通過兩幫傳遞到底板的壓力，有效緩解了巷道底鼓的發生。見圖1。

3.3 31102工作面順槽巷道錨網索耦合支護設計

3.3.1 錨桿支護參數計算

根據三采區31102工作面兩巷地質條件，依據懸吊理論計算錨桿支護參數。懸吊理論進行錨桿支護長度L，計算公式為：

式中：L為錨桿長度，m；L1為錨桿外露長度，取100 mm；L2為錨桿錨固長度，取1300 mm；L3為錨桿有效長度，取800mm。

代入公式 (1)計算得到錨桿的長度L為2200 mm。按照理論計算，錨桿長度L為2200mm。

圖1 頂板錨索耦合支護控制力學模型

錨桿直徑由下式得出：

式中：d為錨桿直徑，m；Q為錨桿錨固力，取0.180MN；σt為桿體材料的抗拉強度，取498MPa。

按照理論計算，代入公式(2)，計算可得錨桿直徑d為22mm。

錨桿的間排距由公式（3）給出：

式中：K為安全系數，取5.3；γ為不穩定巖層平均重力密度，取0.025MN/m3。

根據數值模擬計算結果，得到錨桿間排距a為1.02m。按照上述理論計算，三采區31102運輸巷錨桿的間排距取900 mm×1000 mm。根據數值模擬計算結果，31102材料巷安全系數取煤柱集中應力系數大約7.0，不穩定巖層平均重力密度取0.025 MN/m3，代入公式（3），得到材料巷錨桿間排距：

按照上述理論計算，由于三采區31102材料回風巷巷道頂板的寬度為2.89 m，故頂板錨桿的間排距為850 mm×1000 mm。

3.3.2 錨索參數計算

根據錨索支護設計的原則，錨索支護應在關鍵部位出現時的最佳支護時間對關鍵部位進行加強支護。錨索參數由以下公式確定：

式中：L為錨索總長度，m；La為錨索深入到較穩定巖層的錨固長度，m；Lb為需要懸吊的不穩定巖層厚度，m；Lc為上托盤及錨具的厚度，m；Ld為需要外露的張拉程度，m。

根據三采區31102工作面地質條件，錨索錨固長度為1.5m，需要懸吊的不穩定巖層厚度4.5 m，上托盤及錨具的厚度取0.1m，需要外露的張拉程度0.2 m。代入公式（4），得到錨索L的長度為6.3 m，即6300mm。

4 巷道底鼓控制效果

巷道表面位移是反映巷道圍巖穩定狀況的綜合指標。從31102工作面順槽累計表面位移隨時間變化情況可以看出31102工作面實施新型耦合支護技術后，累計頂底板移近量59 mm，兩幫移近量55 mm。可以看出31102工作面順槽巷道圍巖應力重新分布，巷道周邊圍巖通過變形實現應力釋放，達到新的應力平衡。從現場觀測可以看出，巷道頂、底板移近量中，頂板下沉量占主要部分，巷道底鼓量很小，表明31102工作面順槽在實施高強錨網索治理技術后較好地控制了巷道底鼓。在實施耦合支護技術后，31102工作面順槽幫頂及底板變形均得到有效控制。

Cause Analysis and Control of Crossheading Floor Heave on31102 Working Face in Duizhen Mine

KANG Ji-zhong,WU Xue-fei
(Shanxi Liliu Coking Coal Group,Lvliang Shanxi 033000)

On the cause analysis of serious floor heave in roadways of31102 working face in Duizhen Mine,the paper presents bolt-net-anchor coupling support to control the floor heave.

coupling support;floor heave;control

TD82

A

1672-5050（2012）09-0066-02

2012-04-19

康繼忠（1971—），男，山西柳林人，碩士，工程師，從事煤礦安全生產管理工作。

劉新光