綜采工作面超前應力底鼓區控制技術應用

徐江山

（山西陽城陽泰集團小西煤業有限公司，山西 晉城 048105）

1 概況

山西陽城陽泰集團小西煤業有限公司3105 綜采工作面位于一盤區中部西側,南為3103 采空區，西為3105 通風聯絡巷，北為3107 備用工作面，東接一盤區軌道巷、一盤區輔助回風巷。

3105 工作面設計走向長度為860 m，傾向長度為190 m。工作面回采煤層為3#煤，平均厚度為4.0 m，平均傾角為4°。3#煤直接頂板多為細粒砂巖、砂質泥巖，局部為粉砂質泥巖、泥巖或泥質粉砂巖，平均厚度為2.4 m，直接頂下常有0.1～0.5 m 的炭質泥巖及灰色泥巖偽頂；基本頂為灰色細粒砂巖、泥巖互層，平均厚度為7.45 m；底板主要以泥巖為主，平均厚度為4.50 m。

3105 工作面已回采至455 m。工作面回采至474 m 處揭露一條正斷層F3，斷層落差為1.5 m，傾角為52°。受斷層及回采工藝影響，工作面回采至450 m 處時，回風順槽超前應力區范圍內出現底鼓、兩幫收縮等現象，最大底鼓量為0.67 m，兩幫最大移近量為1.2 m，造成巷道移架困難，威脅工作面安全高效回采。

2 超前應力區底鼓機理

（1）集中應力影響。工作面回采至450 m 處時，巷道圍巖主要受F3 斷層應力以及回采應力影響，巷道圍巖出現應力傳遞現象。當應力隨兩幫傳遞至底板時，對底板產生水平相向擠壓作用力，導致底板底鼓現象。通過現場觀察發現，應力區底板鼓起集中在巷道中部區域。

（2）底巖穩定性差。3105 工作面底板主要以炭質泥巖為主，總厚度為3.5 m，局部區域夾雜一層煤，煤厚為0.3 m。該巖體單軸抗壓強度不足20 MPa，底沿在集中應力破壞作用下，巖體穩定性差，出現破碎現象，并形成應力卸壓區，導致卸壓區附近巖體上鼓現象。

（3）巷幫破壞嚴重。3105 回風順槽為全煤巷道，在集中應力作用下超前應力區回風順槽兩幫煤體破壞嚴重，煤柱與頂板之間肩角煤柱垮落嚴重，頂板成不規則“尖錐”狀，煤柱整體對頂板垂直應力的承載能力降低，應力隨煤柱傳遞至底板，導致底板受力大，出現底鼓現象。

（4）維護措施不到位。當超前應力區底板前期出現底鼓時，主要采用起底方法進行維護。起底后雖然保證了巷道高度，但是隨著應力不斷的破壞作用，起底后巖體再次出現底鼓現象。

3 超前應力區底鼓控制措施

為了控制3105 回風順槽超前應力區底鼓現象，通過技術研究，決定在455～490 m 段應力區底板采取“起底、澆筑+L 型工字鋼棚+注漿錨索”聯合控制措施。

3.1 巷道起底

（1）底鼓區起底總長度為35 m，起底寬度為4.0 m，起底深度為0.5 m。在起底區域兩幫處需進行開幫施工，開幫高度為1.0 m，深度為0.3 m。

（2）起底采用松動爆破施工工藝，每排施工5 個爆破鉆孔，鉆孔深度為1.0 m，鉆孔俯角為75°，鉆孔間距為1.0 m，排距為1.5 m。鉆孔施工完后采用礦用三級乳化炸藥以及毫秒延期電雷管進行起爆，每次允許起爆爆破鉆孔數量為1～3 個。

3.2 安裝L 型工字鋼棚

（1）巷道起底后對起底處安裝“L”型鋼棚。L 型鋼棚主要由12#槽鋼焊制而成，鋼棚長邊長為1.5 m，短邊長為1.0 m，鋼棚長邊上焊制兩個直徑為30 mm 圓孔，孔間距為1.0 m，短邊中部焊制一個圓孔。

（2）安裝時每組兩架，鋼棚長邊與起底面接觸并采用兩根長度為1.5 m 錨桿進行固定，短邊與兩幫接觸嚴實，同樣采用一根錨桿進行固定。鋼棚架設排距為1.8 m。

（3）所有“L”型鋼棚安裝完成后，在相鄰三排鋼棚長邊及短邊之間安裝三根長度為4.0 m扁鋼。扁鋼寬度為0.1 m，厚度為5 mm，扁鋼上焊制三個圓孔，圓孔間距為1.8 m。扁鋼與鋼棚之間采用同一根錨桿固定。如圖1 所示。

3.3 施工注漿錨索

（1）“L”型鋼棚施工完成后，在起底處每隔1.8 m 施工一排注漿錨索，每排兩根，間距為3.0 m。錨索采用長度為4.0 m、直徑為21.8 mm 預應力恒阻錨索。錨索垂直底板固定。

（2）首先采用手持式鉆機對起底處施工錨索鉆孔，鉆孔深度為4.0 m，直徑為30 mm。鉆孔施工完后對鉆孔內依次填裝錨固劑及錨索，攪拌錨固。錨索外露長度控制在0.5 m 左右。

（3）錨索錨固后對鉆孔內填入一根Φ8 mm 注漿軟管，軟管另一端與專用注漿泵連接，對鉆孔進行封堵，最后對鉆孔進行注漿施工。注漿液為聚氨酯化學材料，注漿壓力不低于1.5 MPa。

3.4 澆筑施工

（1）注漿錨索施工完后，對起底處用混凝土進行澆筑。混凝土配比為水泥:沙子:碎石子=1:2:2，水泥采用普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5R。澆筑后混凝土硬度不得低于C30。

（2）澆筑期間必須采用振動棒進行振動，確保澆筑到位。當澆筑高度達0.4 m 處時，在每排注漿錨索外露端安裝一根長度為3.5 m 工字鋼梁，并采用鎖具進行預緊。鋼梁安裝后繼續澆筑，直至與巷道設計底板平整。

圖1 3105 回風順槽超前應力底鼓區聯合控制措施斷面示意圖

4 結 語

從工作面已回采至510 m 處且完全過應力影響區，通過對應力區底鼓段采取“起底、澆筑+L 型工字鋼棚+注漿錨索”聯合底鼓控制措施，底鼓得到有效控制，最大底鼓量降低為0.24 m，兩幫移近量降低為0.27 m，提高了應力區巷道成型率，保證了工作面安全高效回采。