深部綜放工作面巷道底鼓控制技術研究

閆春光

（汾西礦業兩渡煤業，山西 靈石 031302）

0 引言

近些年來，隨著礦井煤炭產量不斷增加、采掘深部不斷加深，采掘作業受地質構造、瓦斯、水、粉塵等各因素影響更趨顯著，回采巷道圍巖控制較為困難[1-2]。采面回采巷道圍巖變形量大、底鼓等問題會影響巷道正常使用，給煤炭安全高效回采工作帶來威脅[3]。底鼓變形與巷道所處位置巖性、圍巖支護方式以及應力分布狀態等有關，是一個較為復雜的物理、力學過程[4-5]。根據有關研究成果顯示，底鼓嚴重區域內巷道底鼓量占頂底板變形量的70%以上，如何實現巷道底鼓量有效防止是煤炭開采期間需重點解決問題[6-8]。山西某礦隨著采深增加以及開采范圍增大，多個綜放工作面回采巷道出現底鼓變形量大問題，特別是采動影響區內底鼓影響更為顯著，導致巷道有效使用斷面縮小、通風阻力增大等問題，影響巷道正常使用以及采面回采。文中就以該礦21303 綜放工作面底鼓防治為背景，根據采面回采巷道現場情況針對性提出底鼓控制技術，為采面煤炭高效開采創造了良好條件。

1 工程概況

21303 綜放工作面設計開采13#煤層，煤厚均值6.4 m、傾角5～12°，賦存較為穩定，回采區域內地質構造不發育。21303 綜放工作面采高2.8 m、放煤高度3.6 m，煤層頂底板以砂巖、泥巖、泥頁巖等為主，具體頂底板巖性，如圖1 所示。采面設計推進長度1 980 m、斜長為260 m，設計推進速度為12 m/d。

圖1 13#煤層頂底板巖性

21303 綜放工作面采面北側已回采完畢的21301綜放工作面采空區、南側為圈定的21305 綜放工作面待采區、西側為13#煤層輔運大巷、東側為采區邊界。21303 綜放工作面回采的13#煤層直接頂為泥頁巖（厚度5.5 m）、底板為泥巖（厚3.5 m），頂底板均為承載能力較差的軟巖且遇水容易膨脹變形。在21303 綜放工作面回采期間回風巷底鼓嚴重，底鼓量最大超過520 mm，巷道底鼓量大嚴重制約采面安全回采。

2 回采巷道底鼓分析

2.1 巷道斷面及支護參數

回采巷道圍巖變形量與巷道斷面積有密切關聯，21303 綜放工作面回采巷道設計為矩形斷面，凈寬×凈高=3 300 mm×5 500，巷道斷面積大導致頂底板位移量偏高，尤其是底板底鼓量占比較大。

回采巷道支護參數會直接影響圍巖穩定性，若巷幫支護參數未能與圍巖變形特征相適應性，勢必會增大底板底鼓量。21303 綜放工作面回風巷圍巖采用錨網索梁支護方式，頂板布置5 根錨桿，靠近巷幫錨桿間距為1 400 mm、中部2 根錨桿間距為1 200 mm，錨桿排距均為1 500 mm；頂板布置4 根錨索，按照1 500 mm×1 500 mm 間排距布置;巷幫僅布置3 排錨桿，間排距為1 500 mm×1 500 mm，巷幫鋪設的金屬網未鋪設到底,具體支護斷面，如圖2 所示。巷幫下部未支護范圍裸露范圍大，底板在高水平應力、高地應力等作用下容易沿著滑移面向巷道內擠出，導致嚴重底鼓問題。

圖2 巷道原支護斷面

2.2 周邊開采及護巷煤柱寬度

21303 綜放工作面北側及南側分別為采空區、未采煤層，在采空區側向應力、采動壓力疊加作用下導致巷道底鼓量增加。

保護煤柱寬度直接影響回采巷道與鄰近采面間距離，進而決定采空區側向支承應力對回采巷道影響程度。21303 回風巷底鼓最為嚴重段出現在錯車硐室附近，受錯車硐室影響煤柱寬度由18 m 縮小至9 m。

3 底鼓控制技術

21303 回風巷底板為承載能力較差的軟巖，厚度均值3.5 m，回風巷道底鼓量整體較大。對回風巷圍巖變形監測發現，巷道巷幫靠近底板位置底鼓量較大，巷道底板破壞較為嚴重，同時實體煤幫處煤壁出現破斷片幫情況。根據圍巖變形特征提出以卸壓、加固為核心的底鼓防治技術，具體措施包括底板施工注漿鉆孔增強底板承載能力、巷幫及底板布置卸壓孔降低圍巖應力集中程度、巷幫增設玻璃鋼錨桿提高支護強度。

3.1 卸壓鉆孔布置

為有效控制巷道底板底鼓及巷幫片幫問題，在巷幫及底板均布置鉆孔卸壓。在巷幫位置布置兩排卸壓鉆孔，卸壓孔垂直巷幫煤壁布置，卸壓孔直徑為150 mm、間距1.5 m、深度8 m；在巷道底部中心位置施工一個卸壓孔，鉆孔垂直巷道底板布置，孔徑150 mm、孔深4 m。為避免巷道水進入到底板卸壓孔內，在卸壓孔內采用碎屑進行充填。具體卸壓孔布置，如圖3 所示。

圖3 卸壓孔布置示意圖

3.2 注漿加固

在巷道底板施工注漿鉆孔，通過鉆孔將注漿漿液壓入到底板巖體裂隙中，增強底板巖體穩定性及承載能力，以便改善巷道底板受力條件。

巷道底板兩側靠近巷幫500 mm 位置施工2 個注漿鉆孔，鉆孔均有25°～30°外插角，鉆孔深度為4 000 mm、孔徑為42 mm，間排距為2 400 mm×1 500 mm。注漿漿液選用水泥單液漿，注漿壓力3～5 MPa。

采用錨桿+錨索+金屬網方式強化回風巷頂板、巷幫支護，在煤柱幫采用螺紋鋼錨桿、采面幫采用玻璃鋼錨桿強化支護；巷幫錨桿間排均為750 mm、排距1 500 mm；在巷道頂板靠近巷幫的錨桿、錨索間分別增設一個錨索進行補強加固，補強錨索間距為3 000 mm、排距為1 500 mm。具體底板注漿鉆孔及圍巖強化支護設計，如圖4 所示。

圖4 底板注漿鉆孔及圍巖強化支護示意圖（單位：mm）

3.3 底鼓控制效果分析

采用卸壓孔+底板注漿+強化圍巖支護方式對21303 回風巷底板底鼓問題進行控制，并進行現場應用。對底鼓控制措施應用前后巷道底鼓量進行監測，具體監測結果，如圖5 所示。從監測結果看出，底鼓控制措施應用前后底鼓量變化均呈現緩慢增加-快速增加-平穩趨勢；在底鼓控制措施應用后30 d 內底鼓量緩慢增加，30～60 d 底鼓量快速增加，60～90 d 底鼓量平穩、基本不再增加；在底鼓治理措施應用前監測到底鼓量最大為262.3 mm 且底鼓量呈現緩慢增加趨勢，底鼓治理措施應用后底鼓量最大為106 mm 且底鼓量基本不再增加，底鼓量較治理前降低約59.6%，現場采用的底鼓控制措施取得較為顯著成果。

圖5 底鼓量監測曲線

4 結語

1）21303 綜放工作面回風巷在底板承載能力差、采動壓力、采空區側向應力以及地應力等因素疊加作用下出現巷道底鼓量大問題，在一定程度制約巷道使用及采面生產。根據巷道圍巖變形特征并結合現場條件，提出采用卸壓孔+底板注漿+強化圍巖支護方式控制底鼓。

2）在巷幫靠近位置補打錨桿補強、在頂板靠近巷幫位置補打錨索補強，在采面幫及巷道底板布置卸壓孔降低圍巖應力集中程度，在巷道底板布置注漿孔強化底板巖體強度。

3）現場應用后，巷道底鼓問題得以較好解決，最大底鼓量控制在106 mm 以內，底鼓量較應用前降低約59.6%，實現了底鼓變形有效控制。