軟巖巷道底板底鼓控制技術研究

曹 路

（山西汾西礦業集團靈北煤礦，山西 靈石 031300）

在采動動壓影響下，軟巖巷道容易出現較大變形（主要表現為底鼓、頂板下沉）[1-2]。軟巖巷道圍巖變形量過大輕則影響材料運輸、行人正常通過；重則出現頂板冒落事故，制約礦井安全高效生產[3]。為此眾多的研究學者對采用理論分析、數值模擬、現場實測等各種技術措施對軟巖巷道變形進行分析，并提出采用注漿錨桿、錨索強化圍巖控制、圍巖卸壓等各種方式控制軟巖巷道底板變形[4-7]。由于不同礦井間地質條件存在明顯差異，為此文中以山西某礦10206 運輸巷底鼓控制為工程研究對象，在對底鼓發生原因分析基礎上，提出采用圍巖卸壓、強化支護等措施控制底鼓變形，現場取得較好應用成果。

1 工程概況

山西某礦10206 運輸巷設計長度1 690 m、矩形斷面，采用EBZ-260 綜掘機掘進，巷道主要用以10206 工作面行人、運輸以及通風工作。10206 運輸巷與鄰近的10202 采空區間留設有寬度15 m 的護巷煤柱，具體巷道位置關系見圖1 所示。10206 運輸巷沿著10 號煤層底板掘進，10 號煤層厚度3.1 m，中間夾雜有1～2 層炭質泥巖矸石。10 號煤層直接頂為9 號煤與泥巖互層，厚度總計3.2 m，9 號煤厚度0.3～0.6 m，賦存不穩定，全區不可采；基本頂為K2灰巖，較為堅硬，厚度平均7.3 m；直接底為炭質泥巖、砂質泥巖互層，厚度平均0.89 m；基本底為粉砂巖，厚度平均8.3 m。10206 運輸巷為典型的軟巖巷道。

圖1 巷道位置關系示意圖

10206 運輸巷凈寬、凈高分別為5.0 m、3.1 m，斷面積為15.5 m2，采用錨網索支護控制圍巖變形。頂板布置6 根規格Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿、頂板布置2 根規格Φ22 mm×7 300 mm 鋼絞線錨索，巷幫均布置3 根Φ20 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿。在10206 綜采工作面回采期間，10206 運輸巷出現不同程度底鼓問題，在一定程度上制約采面生產，需要針對性對底鼓進行防治。

2 底鼓原因分析

在10206 綜采工作面推進過程中10206 運輸巷出現嚴重的底鼓問題，整體變形量較大。為了掌握底鼓變形破碎范圍，采用CHK7.2（B）成像儀對底鼓位置巖層變形進行窺視，發現

當在距離巷道底板0.138 m 位置處巖層相對穩定，此位置未出現破壞；在與底間距0.589 m 位置，巷道底板巖層出現較大破壞，巖層已失去抗變形能力。通過鉆孔窺視發現，底板巖層承載能力不足、圍巖應力集中以及原有支護參數設計不合理等因素是導致底板底鼓發生的主要原因。

1）10206 運輸巷底板巖層直接底以炭質泥巖、砂質泥巖為主，巖層中夾雜有伊利石、高嶺土等軟巖，遇水容易風化變形，從而降低巖體承載能力。

2）圍巖應力集中。10206 運輸巷與鄰近的10202采空區間有15 m 護巷煤柱。在本煤層采動動壓、鄰近采空區側向應力等綜合作用下10206 運輸巷圍巖會出現一定程度的應力集中，由于巷道頂板、巷幫等均有支護，使得圍巖應力向底板轉移，從而導致巷道底板出現一定程度底鼓。

3）圍巖支護參數不合理。10206 運輸巷現有的支護措施未對底板進行任何加固，底板巖層控制僅依靠巷幫位置兩根斜插的錨桿，有效提高底板巖層承載能力以及抗變形能力。

3 底鼓防治技術

從上述分析看出，導致10206 運輸巷底鼓主要原因時巷道圍巖為軟巖、圍巖應力集中以及底板未進行針對性支護。因此，可從降低圍巖應力集中程度、強化底板巖層承載能力等方面出發對軟巖巷道底鼓進行治理。

3.1 圍巖卸壓技術

為了降低10206 運輸巷圍巖應力集中程度，提出采用水力壓裂方式切斷采空區與運輸巷頂板間應力傳遞路徑，從而適當降低10202 采空區側向應力給運輸巷影響，避免應力集中向巷道底板巖層中轉移。在10206 運輸巷靠近煤柱側按照10 m 間距布置水力壓裂鉆孔，鉆孔向10202 采空區方向施工，傾角均為55°，鉆孔孔深為25 m、孔徑為65 mm，具體水力壓裂鉆孔布置見圖2 所示。

圖2 水力壓裂鉆孔布置示意圖

鉆孔施工完畢后進行封孔、壓裂，封孔深度為5.0 m，壓裂壓力控制在30～60 MPa，預計單孔注入水量為1.9 t。

3.2 底鼓補強加固措施

將巷道頂板錨桿間排距有原有的900mm×900mm縮短至800 mm×800 mm，錨桿數量增加至7 根；錨索間排距由1 500 mm×1 800 mm 縮短至1 400 mm×1600mm。巷幫錨桿間距保持不變，排距縮小至800mm，數量由3 根保持不變，在靠近底板位置補打一根錨索，按照15°俯角施工。

在10206 運輸巷底板上施加反底拱，底拱高度、厚度分別為400 mm、300 mm，材料為C30 混凝土。同時在巷道底板上按照800 mm×800 mm 間排距施工7 根錨桿，錨桿施工完畢后在對底板進行整體噴漿，噴漿采用的混凝土強度為C20、噴漿厚度為80 mm。具體巷道底板補強加固設計見圖3 所示。

圖3 巷道底板補強加固設計圖（mm）

3.3 底鼓防治效果分析

在10206 運輸巷采用圍巖卸壓、底板補強加固措施后，對運輸巷圍巖變形量進行監測，具體結構見圖4 所示。

圖4 巷圍巖變形量監測結果

從圖4 中看出巷道圍巖在監測的前18 d 內變形量較大，后續隨著時間增加圍巖變形量最終趨于穩定。監測發現運輸巷頂板、底板以及巷幫變形量最終穩定在26 mm、17 mm、13 mm，圍巖變形量整體較小，底鼓變形量控制在了13 mm 以內。10206 運輸巷圍巖變形量不會給采面煤炭運輸、行人以及通風等造成不利影響。

4 結論

1）軟巖巷道由于圍巖自身承載能力較差，在掘進支護后容易出現較大變形，從而給巷道后續使用帶來影響。10206 運輸巷為典型的軟巖巷道，巷道在后續使用過程中出現不同程度的底鼓問題，給運輸巷正常行人、通風以及煤炭運輸等工作開展帶來一定制約。

2）對導致10206 運輸巷底鼓原因進行分析，并從降低圍巖應力集中、強化底板巖層控制方面提出底鼓防治措施，具體為通過水力壓裂技術切斷10202采空區與10206 運輸巷間應力傳遞路徑，從而減少運輸巷圍巖應力集中；通過反拱、施工底板錨桿、噴漿等措施增強底板巖層承載能力及穩定性。

3）現場應用后，10206 運輸巷底板底鼓量控制在13 mm，底鼓變形量整體較小，不會影響后續使用。