深部開采大斷面軟巖巷道底鼓防治技術研究

（山西潞安工程有限公司 山西 046102）

隨著礦井采掘深度的不斷增加，巷道圍巖控制面臨的問題不斷增加，特別是在高應力、軟巖巷道，圍巖控制更為困難。一般情況下，巷道圍巖控制時注重對頂板、巷幫控制，而忽視對底板支護，而當底板巖層松軟時底板往往是整個圍巖支護體系中的薄弱環節。巷道在高應力作用下軟巖巷道底板會首先出現底鼓，進而引起巷幫以及頂板變形，嚴重時會導致圍巖支護體系失效。眾多的研究學者、工程技術人員等對巷道底鼓機理、防治技術等展開研究，并提出以強化底板巖層強度、頂板及巷幫支護、圍巖卸壓等為核心的底鼓防治技術，現場應用取得顯著成果。受到礦井開采煤層賦存條件差異影響，不同礦井巷道底鼓發生原因各不相同，應針對性的開展底鼓防治技術。為此，文中就對6502運輸巷底鼓防治技術展開分析，以期為其他深部開采礦井底鼓防治工作開展提供借鑒。

1.工程概況

表1 頂底板巖性

某礦6502綜采工作面主采6#煤，埋深平均680m，厚度5.3m，采面設計推進距離為1890m、切眼長度205m。煤層頂底板巖性見表1。6502運輸巷沿著6#煤底板掘進，斷面為半圓拱形，根據地質資料顯示，運輸巷掘進至1530m位置時會揭露DF35（H=3.6m，152°∠74°）、DF35（H=4.8m，202°∠65°），受到該斷層影響巷道圍巖較為破碎。巷道支護采用錨網索聯合支護方式，未加固底板，頂板以及巷幫支護強度較高。但是巷道在后續使用過程中在1530-1560m范圍內（即為斷層影響范圍）底板底鼓嚴重，最大底鼓量達到680mm，給巷道正常使用帶來影響。

2.底鼓影響因素分析

分析巷道底鼓發生原因，對提出針對性的底鼓防治技術具有顯著意義。一般情況下，底鼓發生與圍巖應力、巖性參數、水等因素有關。文中就從地應力、地質構造以及水等方面對底鼓發生原因進行分析。

（1）高地應力。由于6502運輸巷埋深平均680m，巷道圍巖受到較大的地應力影響且地應力分布較為復雜。通過應力接觸法對巷道掘進區域內地應力進行測試，發現最大水平應力、最大垂向應力分別為20.6MPa、17.5MPa，水平應力高于垂向應力，側壓系數約為1.18。在高地應力作用下底板容易底鼓。

（2）地質構造復雜。底鼓發生區域發生在DF35（H=3.6m，152°∠74°）、DF35（H=4.8m，202°∠65°）斷層影響區，在影響區域內巷道底板巖層破碎、穩定性降低，同時該區域存在較大的構造應力。抵構造應力、地應力共同作用下導致底板破碎巖層出現一定量底鼓。

（3）巷道底板在斷層影響下較為破碎，同時巷道底板巖層巖性以炭質泥巖、泥巖為主，脆性大、強度低、遇水容易軟化。在斷層作用下底板巖層破碎，頂板淋水以及底板中弱含水層水會經裂隙滲透入至巖層中，從而進一步降低底板強度。

綜合分析主要是由于該范圍內頂板巖層破碎且松軟，加之巷道支護時未對底板對底板加強支護，導致底板在地應力、構造應力、水作用下出現明顯底鼓，給巷道正常使用帶來不利影響。

3.底鼓防治技術

根據以往研究成果并結合礦井以往底鼓治理經驗，提出采用底板聯合加固方式對底鼓進行防治。具體施工時先拉低，使巷道底板恢復原狀，隨后再加固底板，待加固完成后再回填矸石至設計高度。最終在底板噴射厚度100mm混凝土。

(1)淺部注漿

受到斷層影響巷道底板巖層破碎，若直接采用錨桿、錨索加固則存在錨桿、錨索安設困難問題。為此，在對底板拉底處理后，先對破碎巖層進行注漿加固，隨后在施工錨桿、錨索支護底板。

現場施工時，在巷道底板上按照2000mm×3000mm對稱施工2個注漿鉆孔，在孔內安設φ20mm×1500mm鍍鋅鋼管，注漿管布置后外露長度控制在100mm以內。注漿孔采用YTP-26鉆機配合φ28mm風鉆頭鉆進，使用的鉆桿單節長度為1600mm。

(2)底板加固

①錨桿、鋼帶及金屬網補強加固。底板加固采用錨桿+M鋼帶+菱形金屬網進行補強加固，M鋼帶垂直巷道掘進方向布置。支護采用的屈服強度500MPa、規格φ22mm×2500mm螺紋鋼錨桿，按照750mm×00mm間排距布置，每排布置6根錨桿，每根錨桿采用2支規格MSM2350錨固劑錨固，施加的預緊力矩在250N·m以上；采用的M鋼帶長度4000mm，每隔750mm開一個孔，一根M鋼帶固定6根錨桿；金屬網采用鍍鋅鉛絲編制而成，網孔為200mm×200mm，網片間搭接距離在100mm-200mm。具體底板加固設計方案見圖1。

圖1 底板加固設計方案

②注漿錨固施工。底板采用錨網+短鋼梁進行加固，具體如圖1所示，每布置3根錨索采用1根鋼梁固定，鋼梁布置在金屬網上面。鋼梁為長度3000mm的12#槽鋼，錨索為φ21.6mm×6300mm的中空注漿錨索，排距1300mm、間距1500mm。每根錨索采用2支型號MSM2350樹脂錨固劑錨固。錨索鉆孔通過ZQJC-360/7.1鉆機鉆進。注漿錨索施工完畢后，從1530m位置向1560m位置依次注漿，注漿前采用水泥漿封堵錨索孔口，避免跑漿。注漿漿液為水灰比0.8-1:1的水泥漿（水泥為普通硅酸鹽水泥），注漿壓力為0.8-1.5MPa。注漿結束48h后，在錨索端頭安裝鋼梁、托盤（90mm×90mm×10mm）并進行張拉，施加的預緊力在36MPa以上。

③底板混凝土澆筑。待錨索張拉完成后，在巷道底板上澆筑厚度100mm、強度為C20混凝土，充分提高底板強度及穩定性。文中所提底鼓防治技術具有下述主要優勢：A.充分發揮注漿+錨桿+錨索+金屬網+鋼梁等耦合支護技術優勢，支護完成后底板巖層與支護體系形成一個整體，提高底板巖層整體強度以及穩定性，并將底板應力集中向深部轉移；B.底板澆筑混凝土為被動支護，可提高淺部巖層抵抗變形能力；C.提出的底鼓防治措施可以頂板、巷幫支護結構構成完整的圍巖支護體系，從而控制圍巖巷道變形。

4.現場應用分析

為了檢測底鼓防治技術應用效果，對采取底鼓防治措施的巷道圍巖變形進行檢測，具體檢測結果見圖2。

圖2 圍巖變形監測結果

從變形檢測結果得知：（1）巷道采取底鼓防治技術后，底鼓量、巷幫收斂以及頂板下沉量得以有效控制，其中底鼓量最大為57mm、巷幫最大收斂量為37mm、頂板最大下沉量為42mm，表明巷道采取的底鼓防治措施取得顯著成果；（2）底鼓防治措施施工10d后底鼓變形量顯著小于巷幫及頂板收斂量，施工10-40d后底鼓變形量基本平穩，施工完成50d后底鼓量基本不在增加，底鼓防治措施起到顯著圍巖控制作用。通過對底鼓加固可將巷幫傳動的應力向深度轉移，并提升巷道底板巖層強度及穩定性，從而降低底鼓量。

因此，在深部大斷面軟巖巷道掘進中，采用錨桿+鋼帶+金屬網并結合注漿錨索可有效控制底板變形，可起到有效的圍巖控制效果。

5.總結

（1）6502運輸巷底鼓主要原因是巷道埋深大，地質構造影響底板破碎、底板承載力不強，巷道支護僅強化頂板以及巷幫，從而導致底板在集中應力作用下出現嚴重底鼓。（2）針對巷道底鼓原因并結合巷道圍巖地質條件，提出以“注漿+錨網索梁”為核心的底鼓防治措施，現場應用后，巷道底鼓量控制在57mm以內，底鼓控制效果顯著。