元甲煤業(yè)20101運(yùn)輸巷底鼓治理研究

楊晉澤

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 鄉(xiāng)寧 042100）

1 工程概況

山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)元甲煤業(yè)有限公司位于山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣管頭鎮(zhèn)袁家村。20101工作面主采煤層為2號(hào)煤，上距1號(hào)煤層4.45～21.50 m，平均為9.64 m，煤厚1.90～7.40 m，平均為3.17 m，煤層傾角平均為9°，煤層含夾矸1～2層，夾矸厚度0.30～0.65 m，巖性為炭質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～較簡(jiǎn)單。2號(hào)煤層屬發(fā)育穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖、炭質(zhì)泥巖。泥巖頂板為軟弱巖石，屬Ⅰ類(lèi)巖體，為不穩(wěn)定頂板；砂質(zhì)泥巖為半堅(jiān)硬巖石，屬Ⅱ類(lèi)巖體，為中等穩(wěn)定頂板，需加強(qiáng)管理。底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，泥巖底板屬軟弱底板，砂質(zhì)泥巖為半堅(jiān)硬巖石，屬Ⅱ類(lèi)巖體，為中等穩(wěn)定底板。

2 20101運(yùn)輸巷底鼓治理方案

2.1 20101運(yùn)輸巷底鼓機(jī)理分析

引起巷道底鼓的因素很多，如底板巖層工程力學(xué)性質(zhì)、煤層所受地應(yīng)力大小、巷道積水及支護(hù)強(qiáng)度[1-5]等。

（1）底板巖層工程力學(xué)性質(zhì)

20101運(yùn)輸巷底板巖層為泥巖和砂質(zhì)泥巖，工程力學(xué)性質(zhì)較差，單軸抗壓強(qiáng)度為9.2 MPa，強(qiáng)度較低，容易發(fā)生變形、破壞，是20101運(yùn)輸巷底鼓的主要因素之一。

（2）地應(yīng)力

20101運(yùn)輸巷平均埋深213.5 m，埋藏深度較小，結(jié)合相鄰工作面礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，巷道所受地應(yīng)力不大，因此地應(yīng)力不是巷道底鼓的主要因素。

（3）巷道積水

巷道底板巖層泥巖含量較高，而泥巖本身遇水易軟化，因此巷道積水也是巷道底鼓的因素之一。雖然2號(hào)煤層礦井突水量劃分類(lèi)別為簡(jiǎn)單，在開(kāi)采2號(hào)煤層過(guò)程中也未發(fā)現(xiàn)突水現(xiàn)象，但是在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意及時(shí)排出巷道積水。

（4）支護(hù)強(qiáng)度

20101運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過(guò)程中僅對(duì)頂板及兩幫進(jìn)行了支護(hù)，底板處于未支護(hù)狀態(tài)。在施工過(guò)程中，底板巖層變形、破壞不斷發(fā)展，導(dǎo)致巷道出現(xiàn)了底鼓現(xiàn)象。因此，支護(hù)強(qiáng)度不足也是巷道底鼓的主要因素之一。

綜上所述，20101運(yùn)輸巷產(chǎn)生底鼓的原因主要是因?yàn)榈装鍘r層巖性較差，且底板并未支護(hù)所致，其次就是由于底板巖層泥巖含量較高。

2.2 底鼓治理方案設(shè)計(jì)

基于上述分析，確定采用加固法對(duì)20101運(yùn)輸巷底鼓進(jìn)行治理。2#煤層平均傾角7°，為近水平煤層，巷道開(kāi)挖后基本不存在偏壓現(xiàn)象，因此對(duì)巷道底板加固方案設(shè)計(jì)采用對(duì)稱(chēng)加固，加固方案如圖1。在巷道底板兩邊及中間位置補(bǔ)打錨桿，錨桿規(guī)格為Ф20 mm×2000 mm，巷道底角錨桿以外插角為15°進(jìn)行布置，中間位置錨桿豎直布置，錨桿間排距為2300 mm×1000 mm。

圖1 底板錨桿布置示意圖（mm）

借助FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)底板補(bǔ)打錨桿治理巷道底鼓的效果進(jìn)行模擬驗(yàn)證。煤層及頂?shù)装鍘r層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 煤層及頂?shù)装鍘r層物理力學(xué)參數(shù)

對(duì)巷道底板支護(hù)前后，豎直方向的圍巖位移量如圖2。

圖2 巷道圍巖豎直位移量

如圖2所示，未對(duì)巷道底板進(jìn)行加固時(shí)，巷道頂板下沉量最大值為50.5 mm，底鼓量最大值為453.2 mm，對(duì)巷道底板補(bǔ)打錨桿后，巷道頂板下沉量最大值為48.9 mm，底鼓量最大值為95.2 mm。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)巷道底板巖層補(bǔ)打錨桿后，底鼓量減小了78.9%，效果顯著，而頂板下沉量也略有減少，說(shuō)明補(bǔ)打底板錨桿后，巷道整體支護(hù)強(qiáng)度增大，有利于控制巷道圍巖的整體變形。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

為驗(yàn)證上述方案治理底鼓的效果，在20101運(yùn)輸巷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，按照設(shè)計(jì)方案在20101運(yùn)輸巷底板底角及中間位置補(bǔ)打錨桿。為驗(yàn)證底鼓治理效果，在巷道每隔20 m布置一個(gè)底鼓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布置四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)巷道底鼓量監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)如圖3。

如圖3所示，四個(gè)測(cè)點(diǎn)底鼓量變化趨勢(shì)基本相近，四個(gè)測(cè)點(diǎn)在18 d以后巷道底鼓量幾乎不再發(fā)生變化，此時(shí)巷道圍巖已趨于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，測(cè)點(diǎn)一巷道底鼓量最大值為70 mm，測(cè)點(diǎn)二巷道底鼓量最大值為71 mm，測(cè)點(diǎn)三巷道底鼓量最大值為68 mm，測(cè)點(diǎn)四巷道底鼓量最大值為75 mm。整體來(lái)看，巷道底鼓量不大，補(bǔ)打底板錨桿的治理方案效果良好，且補(bǔ)打錨桿并未增加太多工程量，施工難度小，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖3 巷道底鼓量監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

元甲煤業(yè)有限公司2號(hào)煤頂?shù)装鍘r層均以泥巖及砂質(zhì)泥巖為主，巖性較軟，工程性質(zhì)差，回采巷道底鼓量大，在生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行反復(fù)拉底、修整巷道，對(duì)生產(chǎn)影響較大。本文提出采用補(bǔ)打底板錨桿的方法治理巷道底鼓，通過(guò)理論分析及數(shù)值模擬，確定采用規(guī)格為Ф20 mm×2000 mm的螺紋鋼錨桿，在巷道底角及中間位置布置錨桿，巷道底角錨桿以外插角為15°進(jìn)行布置，中間位置錨桿豎直布置，錨桿間排距為2300 mm×1000 mm。通過(guò)在20101運(yùn)輸巷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，四個(gè)巷道底鼓監(jiān)測(cè)點(diǎn)底鼓最大值為70 mm、71 mm、68 mm及75 mm，巷道底鼓治理效果良好。