平泉煤業(yè)15#煤大巷底鼓治理技術(shù)應用

李建文

（山西高平科興平泉煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006）

隨著當前煤礦資源需求量的不斷增加和開采技術(shù)的不斷提升，深部開采已成為當前行業(yè)共性難題之一。一般而言，當?shù)V井蓋山厚度超過700 m 時屬于深部開采[1]，此時巷道頂?shù)装鍑鷰r應力將顯著增加，某些地質(zhì)條件復雜的礦井大巷，還可能存在沖擊地壓現(xiàn)象，極易造成巷道底鼓和支護失效等安全問題，影響大巷行人和通風運輸，甚至引發(fā)局部冒頂及煤與瓦斯突出事故[2]。因此有必要對深部開采條件下大巷底鼓機理進行研究，針對性制定底鼓治理方案，實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

1 概況

平泉煤業(yè)主采15#煤層，蓋山厚度630～710 m，局部區(qū)域頂?shù)装鍑鷰r變形嚴重，呈現(xiàn)典型的深部開采特征。井下東翼布置了東軌道大巷、東皮帶大巷和東回風大巷三條大巷，均為矩形斷面巷道，大巷間留設(shè)25 m 寬煤柱。其巷道布置如圖1。

圖1 大巷巷道布置圖（m）

軌道大巷和皮帶大巷斷面寬5.2 m，高3.1 m，回風大巷斷面寬5.7 m，高4.1 m。在滯后掘進面100 m 時，底板即開始出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，且隨著時間的增加底鼓量顯著增大，局部地區(qū)最大底鼓量達到400 mm。由于其底鼓量大且夾雜少量堅硬黃鐵礦，使得人工清底費時費力，掘進工作面長期停滯，嚴重影響其掘進效率。

2 底鼓機理分析

經(jīng)對現(xiàn)場地質(zhì)條件分析，大巷底鼓巖體為鋁質(zhì)泥巖，巖體結(jié)構(gòu)破碎且松軟，底鼓巖體呈凸型，在巷道中心線處產(chǎn)生一條斷裂線，斷裂線兩側(cè)底鼓巖體與水平夾角一般為50°～70°。

結(jié)合底鼓變形情況，當兩幫內(nèi)移量為0.2 m 時，對應的底板彈性底鼓量為0.71 m。一旦上部巖層發(fā)生破斷，該巖層即喪失水平的承載能力，在水平地應力的擠壓作用下將發(fā)生遠超過其彈性隆起的底鼓現(xiàn)象[3]；且由于上部巖層的破斷，下部一定厚度的底板巖層也有可能會發(fā)生類似的破斷與隆起位移，直至某巖層之上形成的鉸接拱形結(jié)構(gòu)抑制該層的繼續(xù)破斷[4]，其底鼓現(xiàn)象方可終止。

3 加強支護方案

以軌道大巷（膠帶大巷相同）為例，對大巷幫頂?shù)走M行加強支護設(shè)計。大巷斷面為矩形，掘進寬度為5200 mm，高為3100 mm，掘進斷面積為16.12 m2，凈寬為5000 mm，凈高為3000 mm，凈斷面積為15 m2，采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、槽鋼、鋼筋托梁、W 鋼帶聯(lián)合支護。

頂板支護采用MSGLW-500/22×2400 錨桿，每排4 根，排距1500 mm，間距1500 mm，靠近幫側(cè)錨桿距幫350 mm，搭配高強度托盤和M24 型強力錨桿螺母，護表采用WD180×4800/3.030×40 鋼帶。采用SKP22-1/1720-6300 錨索，“2-0-2”布置，排距3000 mm，間距2000 mm，每排2 根錨索，靠近幫側(cè)錨索距幫1600 mm，搭配可調(diào)心蝶形大托板，護表采用WD180×2300/3.030×40 鋼帶。采用5400 mm×1600 mm 的16#金屬網(wǎng)護頂。如圖2。

圖2 頂板支護設(shè)計圖（mm）

巷幫支護采用MSGLW-500/22×2400 錨桿，每排3 根，排距1000 mm，間距1050 mm，最上一根錨桿距頂板400 mm，最下一根錨桿距底板600 mm，護表采用WD180×2400/3.030×40 鋼帶。采用SKP22-1/1720-5300 錨索，“2-0-2”布置，排距2000 mm，間距1400 mm，每排2 根錨索，靠近頂板錨索距頂板750 mm，靠近底板錨索距底板950 mm，護表采用WD180×1700/3.030×40 鋼帶。采用3000 mm×1200 mm 的16#金屬網(wǎng)護頂。如圖3。

圖3 巷幫支護設(shè)計圖（mm）

底板支護采用型號為MSGLW-500/22×2400 錨桿，每排7 根，排距1000 mm，間距800 mm，兩側(cè)錨桿距幫200 mm，網(wǎng)片采用型號為GW6.5/100-5.4×1.2 m 的鋼筋網(wǎng)護底，巷道頂?shù)装搴蛶筒繃娚洳恍∮?00 mm 的砼，砼強度為C20（水泥:水:砂子:石子=1:0.45:2.00:2.00）。其基本設(shè)計如圖4。

圖4 底板支護設(shè)計圖（mm）

4 現(xiàn)場效果檢驗

本方案于2020 年10 月在東軌大巷進行了效果試驗，試驗段為100～1100 m，長度為1000 m。為保證支護效果，現(xiàn)場采用“短挖短支”工藝施工，采用十字布點法對巷道位移變化進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖5。

圖5 巷道底鼓變化曲線圖

如圖5 所示，對巷道頂?shù)装暹M行有效支護后，巷道頂?shù)装鍑鷰r在80 d 前后開始趨于穩(wěn)定，此時巷道底鼓量穩(wěn)定保持在22.6 mm 左右，較原先最大底鼓量降低了94.35%，符合巷道設(shè)計要求。說明采用頂?shù)装寮訌娭ёo和巷道臥底措施，能夠?qū)⑾锏赖装宓膰鷰r膨脹應力和地應力控制在穩(wěn)定范圍之內(nèi)，支護設(shè)計合理有效，能夠滿足生產(chǎn)要求。

5 結(jié)語

（1）通過對底鼓巷道采用加強支護，巷道圍巖在80 d 前后開始趨于穩(wěn)定，底鼓量從原先的最大400 mm 降低至22.6 mm 左右，降幅達到了94.35%。

（2）15#煤層的直接底遇水后引起底板厚度增加量在10%～20%左右，遇水膨脹不是其底鼓的第一影響因素[5-6]。但其遇水引起的底鼓膨脹同樣不可忽視，應及時將底板的工程用水排走，盡可能降低工程用水產(chǎn)生的底鼓變形。