新景礦軌道大巷底鼓治理技術研究與應用

蘇彥強

(華陽集團新景公司，山西 陽泉 045000)

煤礦生產中經常會遇到巷道變形量大，變形時間長等影響正常生產的問題。部分地段圍巖破碎、膠結性差，變形尤為嚴重。在實際生產中，由于多數的巷道底板處于無支護狀態，底鼓量占頂底板移近量的50%以上，而對巷道底鼓的處理以臥底為主，經常需要反復維修，對生產造成了嚴重的影響。因此，開展巷道底板控制的研究對煤礦實現高產高效具有重要意義[1-4]。

1 工程概況

山西新景礦中條帶軌道巷為礦井一水平運料大巷，屬開拓大巷，平均埋深450 m。巷道沿中粒砂巖底板掘進，底板巖性如圖1所示。

圖1 軌道大巷底板巖性

1.1 巷道原支護方式

中條帶軌道巷斷面為半圓拱形，規格為4 500 mm×3 650 mm，采用錨網噴的支護形式，頂錨桿為D20 mm×2 000 mm的螺紋鋼錨桿，幫錨桿為D18 mm×1 800 mm的圓鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm。頂錨索長度為6 200 mm，間排距為1 800 mm×1 600 mm，每排布置3根。噴層強度為C25，厚度為100 mm。

1.2 巷道失穩特征

該巷道整體基本穩定，但中間150 m的地段底鼓嚴重，底鼓量在500 mm以上，最大底鼓為1 200 mm。底鼓呈倒三角形，為擠壓流動型底鼓。軌道面明顯傾斜，枕木被頂起，位于巷幫的水溝被擠壞，對生產造成了嚴重的影響，幾乎每年都要臥底一次，巷道維護量大，導致人力物力浪費嚴重。

1.3 失穩原因分析

造成巷道底鼓的原因很多，不同因素對不同地質條件的巷道底鼓影響也不相同。結合新景礦該軌道大巷的地質條件，分析認為主要原因有以下幾點：

1) 原巖應力的影響。采用應力解除法對該區域進行地應力測量結果表明，該區域的最大水平應力與垂直應力之比為1.45，水平應力為主應力，作用于巷道底板，容易造成底鼓。

2) 工作面采動的影響。該區域巷道兩側為80123和80122采空區，長期受采空區殘余支承壓力的影響，采動應力大，易引起底板變形。

3) 圍巖巖性。由圖1可以看出，該巷道底板中含有11號煤和砂質泥巖，強度較低，自穩能力差，并且遇水容易發生膨脹，在水溝側底鼓尤為明顯。

4) 巷道支護。中條帶軌道大巷掘進時間較長，采用的錨桿索等支護體的強度較低，并且在最初掘進時沒有對巷道底板進行支護，造成底鼓反復發生。

2 底鼓治理技術

2.1 雙殼加固機理

對于反復底鼓、多次維修的巷道，注漿是有效的治理方式。但采用單一的注漿方式難以維持巷道的穩定，采用深部和淺部聯合注漿的方式可以取得較好的支護效果。淺部注漿深度一般在2 m以內，與錨桿共同形成淺部殼體，而深部注漿一般在6 m以上，與錨索長度相當，形成深部殼體，如圖2所示[5-6]。實踐表明，雙殼支護下的巷道表面位移小，支護效果明顯。

圖2 雙殼加固示意

雙殼加固的基本機理為：

1) 淺部注漿形成的殼體主要提高松散圍巖的粘聚力，提高底板圍巖的強度，強化承載能力，同時通過封閉底板淺部的圍巖的裂隙，為深部注漿提供保障。

2) 底板錨索束對底板圍巖形成擠壓預緊作用，促使淺部的剪應力向深部延伸，同時減小水平應力的影響，限制淺部圍巖的擠壓變形。

3) 深部注漿使得淺部殼體和深部殼體形成一個統一的承載體，阻斷深部應力對巷道底板淺部圍巖的影響，同時與錨索束共同維持底板的穩定。

2.2 底鼓治理方案

根據雙殼治理理論，結合新景礦軌道大巷的實際條件，確定采用底板錨索束+深淺孔注漿的底鼓治理方案，注漿孔的布置如圖3所示。

圖3 底板注漿孔平面布置(mm)

底板錨索束為3根D17.8 mm的7絲鋼絞線，長度為8.0 m，要求深入巷道底板中粒砂巖中的長度不得少于1.0 m。兩排錨索束之間用廢舊道軌制作的鋼軌梁連接到一起，長度為1 900 mm，交替布置，間排距為1 500 mm×2 000 mm。托盤規格為400 mm×4 000 mm×16 mm，上面施工3個孔，分別穿3根錨索。位于巷中的錨索束垂直底板布置，靠近兩幫的錨索束向外傾斜15°。

淺部注漿孔與錨索束同排布置，每排兩個，間排距為1 000 mm×4 000 mm，直徑為42 mm，深度為1 500 mm。淺部注漿孔的壓力不得大于5 MPa。

采用錨索束的鉆孔同時對巷道底板進行深部注漿，注漿壓力不得小于7 MPa。注漿孔的結構如圖4所示。

圖4 底板錨索束注漿結構示意(mm)

2.3 施工工藝

底板注漿材料為425號硅酸鹽水泥和添加劑，工藝為：

1) 束鉆孔施工。采用專用的DZQ-100型底錨索鉆機施工，鉆孔直徑為80 mm，如果出現塌孔，則采用注漿管進行注漿，待凝固后繼續施工。

2) 安裝錨索束。將帶有導向帽的錨索束推入孔底，灌入水灰比為0.6∶1的水泥漿。

3) 封孔。利用水泥編織袋等將鉆孔孔口封住，避免雜物掉入。

4) 施工注漿管導槽。在鉆孔四周施工550 mm×550 mm×250 mm(長×寬×深)的基坑，坑底開鑿導槽，規格為450 mm×100 mm×100 mm。

5) 錨索張拉。用專用的三孔鎖具對錨索束進行張拉，要求單根錨索的拉拔力不得小于150 kN，同時將錨索束用鋼軌梁連接。

6) 深部注漿。利用預埋的注漿管進行深部注漿，注漿方式為交替間隔注漿，待漿液凝固后可進行二次補注。

3 應用效果

3.1 注漿量統計

對150 m巷道維修段的深部注漿量進行統計，設置3個測點，取6個鉆孔，測點間距為48 m，測點布置如圖5所示。統計結果如圖6所示。

圖5 測點布置示意(mm)

圖6 不同鉆孔的注漿量

由圖6可以看出，巷道中部鉆孔的注漿量明顯大于兩幫鉆孔。中部最大注漿量為28.7 m3，平均為27.6 m3，而幫部最大注漿量為18.9 m3，平均為18.5 m3。注漿量的不同說明巷道底板破壞程度不同，該軌道大巷巷中的破壞范圍較大，吃漿量較多。

3.2 巷道表面位移

在維修段設置3個測點，對巷道底鼓變形進行觀測，結果如圖7所示。

圖7 巷道底鼓觀測結果

由觀測結果可以看出，3個測點的底鼓變形趨勢基本一致，30 d左右底鼓變形基本穩定，最大底鼓量為23.5 mm，對生產影響較小。

3.3 錨索束受力規律

底板錨索束的初始安裝應力為30 MPa，其數值增長變化規律與底板變形幾乎相同，錨索安裝完成后，受力迅速增長，30 d左右受力基本穩定，最大受力為46.7 MPa，平均受力為40.8 MPa，巷道中部的錨索受力大于巷幫，說明巷道中部是底鼓治理的重點。

4 結 語

1) 受底板水平應力、工作面采動等的影響，新景礦軌道大巷底鼓嚴重，呈倒三角形，為擠壓流動型底鼓。

2) 通過深淺注漿，巷道底板圍巖與支護體形成“雙殼”結構，加固巷道圍巖阻斷深部應力對巷道底板淺部圍巖的影響，與錨索束共同承載，維持底板的穩定。

3) 新景礦軌道大巷通過采用雙殼治理技術，巷道底板30 d左右變形穩定，最大底鼓量為23.5 mm，支護效果好，但該方法工序復雜，適用于變形量大、多次維修的開拓或準備巷道。