李志剛

（天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

回采動壓影響巷道底鼓防治

李志剛

（天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

針對某礦工作面巷道受回采動壓影響發(fā)生底鼓的具體情況，分析了巷道底鼓的主要原因，設(shè)計(jì)了巷幫加強(qiáng)支護(hù)與新開卸壓槽聯(lián)合控制底鼓的措施，通過現(xiàn)場工程試驗(yàn)，解決了工作面巷道底鼓嚴(yán)重的問題，總結(jié)了巷道加固段底鼓防治的效果，為該類巷道底鼓治理提供了成功的施工經(jīng)驗(yàn)。防治結(jié)果表明:巷道無措施加固段底鼓量是巷道加固試驗(yàn)段底鼓量的1.7倍，有效降低底鼓變形量47%。

動壓影響;底鼓;卸壓槽;錨桿錨索;井下試驗(yàn)

巷道底鼓是巷道圍巖變形和破壞的一種主要方式。大量的實(shí)測資料表明，巷道底鼓量可占到巷道頂?shù)装逡平康?0%左右［1－2］?；夭上锏赖牡坠闹饕l(fā)生在工作面回采期間，主要由工作面超前支承壓力等原因而誘發(fā)的巖層運(yùn)動［3］。隨著開采強(qiáng)度的增加，開采范圍的擴(kuò)大，以及特厚煤層開采比重的增大，底鼓現(xiàn)象有日益增長的趨勢。特別是特厚煤層回采巷道，因其底板是松軟破碎的泥巖，加之受到地質(zhì)構(gòu)造和采動影響，底板鼓起現(xiàn)象十分嚴(yán)重。巷道底鼓量已達(dá)到600～1000mm，明顯制約了回采與掘進(jìn)工作面的推進(jìn)速度，影響了礦井的正常接續(xù)。因此，總結(jié)一套實(shí)用有效的巷道底鼓防治技術(shù)具有重要意義。

1 巷道圍巖地質(zhì)條件

發(fā)生底鼓的巷道為某礦工作面巷道，寬5m，高3.4m，埋深200m，沿煤層底板掘進(jìn)，底板平均有1.0m厚的底煤，煤層傾角在3～8°之間，平均厚度9.47m，煤層附近柱狀如圖1。

煤層單軸抗壓強(qiáng)度為17.53MPa;煤層頂板為中粗粒巖，單軸抗壓強(qiáng)度為84.8MPa，抗拉強(qiáng)度較低;底板為泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度為25.8MPa。

圖1 煤層柱狀

2 巷道底鼓主要原因分析

工作面巷道與相鄰工作面采空區(qū)之間為20m區(qū)段保護(hù)煤柱，現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，巷道在遇到硐室時(shí)壓力較集中，保護(hù)煤柱寬度不足15m，底鼓明顯。經(jīng)現(xiàn)場論證分析，認(rèn)為巷道底鼓的主要原因?yàn)橄噜徆ぷ髅骈_采側(cè)向支承壓力和工作面超前支承壓力在該處疊加，引起應(yīng)力集中［4］，使得巷道遭受二次動壓的強(qiáng)烈影響，形成巷道圍巖破壞發(fā)生變形，帶來巷道底鼓和片幫現(xiàn)象，如圖2。另外，巷道幫部每排僅打2根錨桿，兩幫中下部無支護(hù)裸露范圍太大也是造成巷道底鼓的重要原因。

圖2 應(yīng)力疊加作用下巷道底鼓

3 控制底鼓技術(shù)措施

為掌握底鼓防治方法，決定在巷道內(nèi)錯(cuò)車硐室及前后50m范圍內(nèi)，分別采用幫部打底角錨桿、開卸壓槽、底角錨桿與卸壓槽聯(lián)合施工等3種治理底鼓的措施進(jìn)行研究分析。

3.1 巷道幫部加強(qiáng)支護(hù)

在現(xiàn)有巷道錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，采取巷道幫部底角補(bǔ)打錨桿的措施，防止巷道底板鼓起，限制幫部塑性區(qū)擴(kuò)展，提高巷道整體支護(hù)效果，最終達(dá)到控制巷道底鼓的目的［5］。幫部補(bǔ)打底角錨桿試驗(yàn)地段為:錯(cuò)車硐室往里50m范圍內(nèi)，按支護(hù)參數(shù)要求補(bǔ)強(qiáng)幫部支護(hù)，“護(hù)好幫以控制底”，如圖3。

圖3 補(bǔ)打底角錨桿控制底鼓方案

巷幫加強(qiáng)支護(hù)底角錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 底角錨桿控制底鼓支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 新開卸壓槽參數(shù)

在巷道底板靠近煤柱側(cè)開卸壓槽:卸壓槽寬×深=200mm×200mm，如圖4。開卸壓槽試驗(yàn)地段為:錯(cuò)車硐室往外50m范圍內(nèi)。

圖4 底板卸壓槽

3.3 巷幫加強(qiáng)支護(hù)與新開卸壓槽聯(lián)合

為充分發(fā)揮幫部加強(qiáng)支護(hù)和開設(shè)卸壓槽2種方法的各自優(yōu)勢，決定在錯(cuò)車硐室范圍內(nèi)，既開掘卸壓槽，同時(shí)又要加強(qiáng)幫部支護(hù)。

具體做法為:在錯(cuò)車硐室范圍內(nèi) （該錯(cuò)車硐室范圍為50m左右），在底板靠近煤柱側(cè)開卸壓槽。同時(shí)在該錯(cuò)車硐室內(nèi)部巷道幫部及拐角處，按設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)打底角錨桿，以發(fā)揮底角錨桿在控制底鼓方面的作用。

巷道底鼓治理試驗(yàn)分段見圖5所示。

圖5 巷道底鼓治理試驗(yàn)地段

4 巷道底鼓觀測

為了觀測治理底鼓的效果，在巷道試驗(yàn)段內(nèi)設(shè)立11個(gè)底板位移測站，第1個(gè)測站距切眼50m，然后間隔10m設(shè)1個(gè)，至第6個(gè)測站，余下的間隔20m設(shè)1個(gè)。

在底鼓量觀測期間，第Ⅰ段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、未加固段的底鼓量分別為285mm，178mm，410mm，500mm，如圖6。變形量最大的是未加固段，最小的是第Ⅱ段，加固段平均底鼓量是291mm，底鼓量是未加固段的 58.2%，減少了41.8%，其中，第Ⅰ段 （巷道加強(qiáng)支護(hù)段）底鼓量是未加固段的57%，減少了43%;第Ⅱ段（聯(lián)合治理段）是未加固段的35.6%，減少了64.4%;第Ⅲ段 （新開卸壓槽段）是未加固段的82%，減少了18%。

圖6 巷道變形實(shí)測曲線

各測站巷道變形速度均勻，受工作面回采動壓影響期間變形速度處于高位，在工作面推進(jìn)的80m （16d）內(nèi)，未加固段平均變形速度為31.3mm/d，加固段平均變形速度也達(dá)到18.2mm/d，如表2。根據(jù)現(xiàn)場觀測，巷道底鼓量超過300mm，會直接影響巷道的正常使用，當(dāng)巷道底鼓量超過400mm時(shí)，需要采取相關(guān)措施進(jìn)行底鼓的治理，才能保證工作面正常推進(jìn)，因此，在回采動壓影響段內(nèi)，必須將平均變形速度嚴(yán)格控制在25mm/d以下。

表2 工作面巷道圍巖變形測站數(shù)據(jù)分析

通過對各段平均底鼓量的分析，第Ⅱ段 （聯(lián)合治理段）防治底鼓效果最好，底鼓量小，變形速度均勻且較小，最大變形速度較低，有效地降低了底鼓對巷道的破壞程度，保證了工作面正常生產(chǎn)，經(jīng)過多項(xiàng)式曲線擬合，如圖7，受工作面采動影響下巷道中測站的底鼓量與測站到工作面水平距離的關(guān)系為:

圖7 第Ⅱ段巷道底鼓量實(shí)測曲線回歸分析

未加固段:

第Ⅱ段（聯(lián)合治理段）:

式中，y為測站底鼓量，mm;x為測站到工作面水平距離，m。

綜上所述，測站從有數(shù)據(jù)記錄以來距回采工作面70m經(jīng)動壓影響開始變形，底鼓由60m左右處開始明顯呈平均趨勢向上增長，在30m到3m范圍內(nèi)，受超前支承壓力影響，底板變形出現(xiàn)加速。工作面推過硐室期間第Ⅰ段、第Ⅱ段底鼓均不明顯，第Ⅲ段 （只開挖卸壓槽段）底鼓較嚴(yán)重，需臥底方可繼續(xù)推進(jìn)?，F(xiàn)場底鼓嚴(yán)重段看到水泥地坪鼓起較多，掘進(jìn)時(shí)留的底煤有一定鼓起，底板鼓起較少。開挖卸壓槽以后，在距硐室較遠(yuǎn)處 （約50m以外）底鼓現(xiàn)象不明顯，說明卸壓槽起到了讓壓的作用，但距硐室較近時(shí)，底鼓現(xiàn)象仍較明顯，底角錨桿卻起到了更大的作用，有效地抵抗了壓力。

5 結(jié)論

通過使用巷幫加強(qiáng)支護(hù)與新開卸壓槽聯(lián)合控制底鼓的措施，巷道底鼓現(xiàn)象得到明顯地控制，斷面變形小，能夠滿足行人、通風(fēng)、運(yùn)輸和安裝設(shè)施的需要［6］，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并取得了預(yù)期效果。

（1）對巷道圍巖薄弱處加強(qiáng)支護(hù)，特別是硐室的開挖，減小了巷道保護(hù)煤柱的尺寸，在應(yīng)力集中疊加情況下，更容易出現(xiàn)底鼓片幫等現(xiàn)象。

（2）對于圍巖松軟、易發(fā)生底鼓的巷道，應(yīng)該對巷道兩幫中下部區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道頂板和兩幫的自承能力，減弱礦壓對底板巖層的破壞作用。

（3）底板受巷道保護(hù)煤柱側(cè)向支承壓力與工作面超前支承壓力的疊加影響引起應(yīng)力集中，是形成巷道圍巖破壞變形、造成巷道底鼓和片幫現(xiàn)象的重要原因，應(yīng)對巷道加強(qiáng)煤體應(yīng)力監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握巷道應(yīng)力情況。

（4）在巷道中挖卸壓槽治理底鼓也取得了很好的效果，既可以對卸壓槽以外區(qū)域起到讓壓作用，也可以配合底角錨桿共同限制底板變形，但不宜在巷道底鼓嚴(yán)重區(qū)域單獨(dú)應(yīng)用。

根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、施工工藝以及有關(guān)因素因地制宜地合理選擇底鼓治理措施，有效地控制巷道底鼓難題，對提高回采工作面的回采效率和節(jié)約人工費(fèi)用、保證這些工作面巷道的正常使用及工作面的正常生產(chǎn)都具有重要意義，為采區(qū)內(nèi)其余工作面的順利回采提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

［1］姜耀東，陸士良.巷道底鼓機(jī)理的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1994，19（4）:343－351.

［2］郭全營.銅川礦區(qū)巷道底鼓機(jī)理與防治技術(shù)［J］.煤炭科技，2007（4）:40－42.

［3］馮江兵，張科學(xué)，路希偉，等.采動影響下回采巷道底鼓機(jī)理及實(shí)用性技術(shù)研究［J］.煤炭技術(shù)，2011，30（3）:68－70.

［4］陳忠輝，謝和平.綜放采場支承壓力分布的損傷力學(xué)分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（4）:436－439.

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［6］郭軍杰，高新春，王國際.深井大斷面煤巷底鼓防治技術(shù)［J］.煤礦開采，2011，16（1）:74－75，70.

Prevention of Floor Heave in Roadway Influenced by Dynam ic Pressure Induced by Mining

LIZhi-gang

（Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China）

This paper analyzed main causes of roadway floor heave influenced by dynamic pressure inmining period and designed combined projection of strengthening roadway-side supporting and excavating pressure-relief groove.Practice showed that floor heave value of reinforcement segment reduced 1.7 times and effectively reduced 47%floor heave value.This projection dissolved serious floor heave problem and provided successful experience for roadway floor heave prevention.

dynamic pressure influence;floor heave;pressure relief groove;anchored cable and bolt;underground test

TD353

A

1006-6225（2012）05-0052-03

2012－05－22

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目 （2008BAB36B01）

李志剛 （1978－），男，山西晉中人，工程師，主要從事放頂煤開采、采煤工藝等方面的研究。

［責(zé)任編輯:姜鵬飛］

礦井設(shè)計(jì)