動(dòng)壓巷道底鼓控制技術(shù)

馮 源

(潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司 李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046600)

1 工程概況

某礦S2106工作面開采3號(hào)煤層，3號(hào)煤煤質(zhì)松軟，厚度較穩(wěn)定，平均煤厚5.35 m。煤層有夾矸，巖性為泥巖，厚度為0.25 m，在巷道掘進(jìn)方向上，3號(hào)煤層傾角為0～8.3°，平均傾角為2.5°。

S2105工作面和S2106工作面相鄰，S2105工作面已回采完畢，S2105工作面瓦排巷保留下來作為S2106瓦排巷，瓦排巷斷面為矩形，高3.2 m，寬4.8 m，斷面積15.36 m2，沿3號(hào)煤層底板掘進(jìn)，總體趨勢(shì)為一背斜構(gòu)造，北翼坡度較緩，為0.4°左右；南翼坡度較大，為3.2～8.3°。背斜南翼長(zhǎng)415 m，北翼長(zhǎng)579 m，巷道最高點(diǎn)位于背斜軸部。工作面布置見圖1。

圖1 工作面布置

2 S2106瓦排巷圍巖變形特征

在S2106瓦排巷共布置8個(gè)測(cè)站(見圖2)，對(duì)S2105工作面回采后尚未掘進(jìn)S2106回風(fēng)巷時(shí)S2106瓦排巷圍巖變形特征進(jìn)行了觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重，呈不規(guī)則狀態(tài)分布。圍巖變形主要體現(xiàn)在底鼓變形和兩幫變形，頂板下沉量較小，平均為19.5 mm，而底鼓量平均727.5 mm，兩幫移近量平均為476.3 mm，靠近S2106工作面?zhèn)韧吲畔锏坠膰?yán)重，呈臺(tái)階狀，底鼓量達(dá)到1 300 mm，兩幫移近量為840 mm，其主要原因?yàn)橥吲畔锝?jīng)歷工作面動(dòng)壓影響淺部圍巖極為破碎，加之頂板臨水影響。兩幫移近量變形曲線與底鼓量變形曲線相似，呈同步變形，其主要原因是S2106瓦排巷是沿底板掘進(jìn)，底板為泥巖，加之巷道淋水，進(jìn)一步弱化泥巖強(qiáng)度，底板鼓起使得兩幫失去底部約束，導(dǎo)致兩幫煤體壓入底板，造成兩者同步變形。

圖2 測(cè)站布置

圖3 S2106瓦排巷各測(cè)站圍巖位移量

3 水力膨脹錨桿控制底鼓原理

水力膨脹錨桿是由外徑大于鉆孔孔徑的無縫鋼管加工制作成的雙層凹形管狀桿體。其工作原理是錨桿放入鉆孔后，注高壓水使其膨脹，桿體發(fā)生永久變形，緊緊地貼在孔壁上，錨桿與圍巖相互擠壓，增大圍巖應(yīng)力，還會(huì)產(chǎn)生極大的摩擦力[1-3]，此外，在注水膨脹時(shí)，軸向會(huì)有一定的收縮變形，使錨桿的托盤緊緊地壓在圍巖表面，對(duì)圍巖施加預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)加固圍巖、控制底鼓的目的[4-7]。原理如圖4所示。

圖4 水力膨脹錨桿原理

4 工業(yè)性試驗(yàn)

4.1 底鼓錨桿支護(hù)參數(shù)

采用底板錨桿控制底鼓，底板支護(hù)示意見圖5。具體支護(hù)參數(shù)為：底板錨桿選用ER120水力膨脹錨桿，錨桿長(zhǎng)度2 400 mm，錨桿間排距為900 mm×800 mm，鋪設(shè)金屬網(wǎng)和D14 mm、L4 600 mm圓鋼焊制的鋼筋梯子梁。S2105回采期間，在瓦排巷內(nèi)靠近35 m煤柱側(cè)，間隔著打有木支垛，因此，施工底板錨桿時(shí)，在打有木支垛的地方，梯子梁加工為L(zhǎng)1 850 mm。錨桿與垂直方向夾角依次為45°、25°、15°。

圖5 瓦排巷底板錨桿支護(hù)(mm)

4.2 礦壓觀測(cè)分析

通過對(duì)S2106回風(fēng)巷掘進(jìn)期間和S2106工作面回采期間水力膨脹全長(zhǎng)錨固錨桿支護(hù)的S2106瓦排巷道底鼓量進(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 S2106回風(fēng)巷掘進(jìn)期間瓦排巷底鼓量曲線

從圖6可知，水力膨脹錨桿支護(hù)底板，18 d后底板變形基本穩(wěn)定，底鼓量為48 mm，水力膨脹錨桿支護(hù)瓦排巷破碎底板后，底板圍巖快速穩(wěn)定。

圖7 S2106回采期間瓦排巷底鼓量曲線

由圖7可知：

1) 水力膨脹錨桿支護(hù)瓦排巷，在工作面前方50 m處，經(jīng)歷采動(dòng)影響后水脹錨桿支護(hù)底鼓量約為102 mm；工作面后方55 m處，受側(cè)向高支承應(yīng)力影響，水脹錨桿支護(hù)段瓦排巷底鼓量約為620 mm。

2) 工作面回采超前影響距離約為60 m，表現(xiàn)為工作面前方60 m到工作面后方25 m范圍內(nèi)底鼓呈線性增加趨勢(shì)，而工作面后方25 m至工作面后方70 m處底鼓量急劇增加。

5 結(jié) 語

1) 分析了S2106瓦排巷圍巖變形特征：底鼓嚴(yán)重，并呈不規(guī)則分布，與巷道兩幫同步變形，頂板下沉量最小。

2) 針對(duì)S2106瓦排巷底板圍巖松動(dòng)破壞嚴(yán)重，提出采用摩擦式水力膨脹全長(zhǎng)錨固錨桿加固松動(dòng)底板的控制技術(shù)。

3) 通過試驗(yàn)和礦壓觀測(cè)可知，工作面回采超前影響距離約為60 m，水力膨脹全長(zhǎng)錨固錨桿能夠有效控制底鼓。