張?zhí)鞏|，蘇學(xué)貴，楊宗一

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.太原煤氣化爐峪口煤礦，太原 030204）

軟巖大斷面巷道底鼓治理方法探討

張?zhí)鞏|1,2，蘇學(xué)貴1，楊宗一1

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.太原煤氣化爐峪口煤礦，太原 030204）

巷道底鼓往往是底板巖層層理破壞、礦壓增大等綜合作用的結(jié)果，會(huì)直接影響安全生產(chǎn)。針對(duì)峪口煤礦9號(hào)煤首采區(qū)變電所所在位置的底鼓情況，通過(guò)分析巷道所處的特殊地質(zhì)條件和圍壓增大造成底鼓的機(jī)理，提出了采用底板錨桿配合底梁施工的治理方法。經(jīng)工程應(yīng)用和監(jiān)測(cè)分析，取得了良好效果，較好地解決了采區(qū)變電所巷道斷面較大、底板松軟條件下的底鼓問(wèn)題，為同類(lèi)地質(zhì)條件下巷道底鼓治理提供可行的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

底鼓；大斷面；礦壓；錨桿

巷道開(kāi)挖后，圍巖中的原巖應(yīng)力狀態(tài)會(huì)被打破，引起應(yīng)力重新分布，圍巖也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變形[1]。通常松軟地帶，隨著埋深、巷道斷面、圍巖應(yīng)力的增大圍巖變形越發(fā)明顯，巷道被破壞愈加嚴(yán)重[2]，而巷道的底板支護(hù)往往在施工時(shí)被忽視，當(dāng)巷道底板巖體軟弱，礦山壓力增大時(shí)，巷道底板就會(huì)向巷道內(nèi)部發(fā)生較大的塑性變形，即形成巷道底鼓。底鼓也是一種大斷面軟巖巷道礦壓顯現(xiàn)的重要特征之一[3]。文章對(duì)爐峪口煤礦9號(hào)煤層大斷面采區(qū)變電所的底鼓破壞進(jìn)行了研究，在綜合分析的基礎(chǔ)上提出一種合理可行的的底鼓治理方案。

1 工程概況

爐峪口煤礦9號(hào)煤首采區(qū)變電所位于9號(hào)煤層膠帶、軌道下山煤柱之間，相對(duì)位置見(jiàn)圖1。距離該采區(qū)三條暗斜井見(jiàn)煤落坡點(diǎn)不足20m，附近有9101工作面采空區(qū)、首采區(qū)避難硐室等眾多巷道，且斷層較多、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，導(dǎo)致該采區(qū)及附近巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，巷道支護(hù)困難。但在施工初期只是對(duì)底板進(jìn)行了硬化處理。采區(qū)平面布置圖見(jiàn)圖2。

圖1 變電所相對(duì)位置圖

圖2 采區(qū)平面布置圖

但在后期發(fā)現(xiàn)該采區(qū)變電所發(fā)生了比較嚴(yán)重的底鼓變形，底鼓范圍為從采變聯(lián)絡(luò)巷入口處開(kāi)始往前約25.0 m段，現(xiàn)場(chǎng)主要體現(xiàn)在巷道右側(cè)軌道隆起，高出左軌最大150 mm左右，巷道底板硬化層均已破裂、鼓出嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行正常軌道運(yùn)輸，并有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。由于巷道用途重要，服務(wù)年限長(zhǎng)，因此要求高、治理難度大，治理后需保證巷道在可預(yù)見(jiàn)的使用年限內(nèi)不再進(jìn)行翻修或少翻修。

2 巷道底鼓機(jī)理分析

通常認(rèn)為，在巷道開(kāi)掘后，周?chē)鷰r層由三向應(yīng)力變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，巖體產(chǎn)生應(yīng)變，在應(yīng)變能釋放過(guò)程中，軟弱底板的淺部巖層發(fā)生離層或破壞時(shí)就會(huì)導(dǎo)致底鼓[4]；引起底鼓有3個(gè)最主要的因素：一是松軟的底板巖層；二是較高的巷道圍巖壓力；三是巖層中水導(dǎo)致巖石膨脹[5]。

在本工程中，采區(qū)變電所及三條下山所處層位為太原組9號(hào)煤層，該組地層礦井水主要來(lái)自太原組灰?guī)r含水層，但本組灰?guī)r含水層補(bǔ)給條件差，富水性弱，所以太原組灰?guī)r含水層水對(duì)工作面的正常掘進(jìn)影響不大，而從實(shí)際情況來(lái)看，底板含水對(duì)巖石的膨脹影響并不大。而從該地段綜合特點(diǎn)（如表1所示）上來(lái)看，巷道直接頂與直接底均為與煤層硬度接近的泥巖及砂質(zhì)泥巖，傳遞壓力能力較弱，但巖層層理性較好，這種軟弱層狀巖層容易因壓力作用而產(chǎn)生撓曲折皺和受巖層中水平應(yīng)力作用而導(dǎo)致的剪切錯(cuò)動(dòng)。

因此從地質(zhì)條件上分析，該巷道底鼓的主要原因由于底板巖石的軟弱和圍巖應(yīng)力集中以及水平應(yīng)力增大共同作用的結(jié)果。

表1 地質(zhì)綜合特點(diǎn)

3 巷道底鼓治理措施

在該巷道掘進(jìn)施工時(shí)，因巷道斷面較大、圍巖壓力大，巷道頂幫采用較大密度的錨桿、錨索、噴漿支護(hù)，但對(duì)于底板僅作硬化處理，從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，巷道頂幫支護(hù)并無(wú)失穩(wěn)破壞，正說(shuō)明圍巖壓力已集中在巷道支護(hù)最為薄弱的底板巖層上，使巖層發(fā)生撓曲錯(cuò)動(dòng)[6-7]。

采變巷道內(nèi)存放有重要設(shè)備，采用泄壓或松動(dòng)爆破不符合現(xiàn)實(shí)；巷道頂?shù)装鍘r石均較軟弱，采用注漿加強(qiáng)底板圍巖可能導(dǎo)致圍巖應(yīng)力分布不平衡，將壓力轉(zhuǎn)嫁給巷道頂、幫，導(dǎo)致支護(hù)失效。

與泄壓、注漿方法相比，最為穩(wěn)妥、快捷的方法是在巷道底板上施工錨桿，使其與頂、幫錨桿共同在巷道四周形成“連續(xù)壓縮拱”，同時(shí)還可利用錨桿抗剪作用，阻止底板巖層的錯(cuò)動(dòng)移位，并在一定程度上使錨固力與圍巖壓力相互平衡，保持巷道圍巖穩(wěn)定性[8]。

在以上分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)際情況，最終采用了安裝底梁和地錨的施工方法對(duì)該巷底板巖石進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，維護(hù)底板層狀結(jié)構(gòu)，保證圍巖穩(wěn)定，使巷道底鼓得到治理。

該施工方法主要包括底梁安裝和底板錨桿施工兩個(gè)主要內(nèi)容，具體施工工藝為：

1）在底板削底并清理干凈后，先鋪設(shè)底梁，底梁為1.8 m的11號(hào)礦用工字鋼制作，側(cè)面打3個(gè)φ22 mm的通孔，安裝排距為800mm，底梁垂直于巷道走向布置，錯(cuò)開(kāi)枕木，放置于軌道下方；

2）使用φ18 mm×1 600 mm圓鋼錨桿在底梁孔內(nèi)進(jìn)行固定，每根底梁安裝3根錨桿，錨桿要求垂直于底板安裝，外露長(zhǎng)度不超過(guò)30 mm，每根錨桿配MSCK2355樹(shù)脂藥卷1卷、MSZ2355樹(shù)脂藥卷1卷，從柱狀圖上，該型錨桿可以穿透軟弱的底板泥巖，到達(dá)較為穩(wěn)定的砂巖中。

3）在底梁、地錨安裝完畢后還要將底鼓處的軌道進(jìn)行重新鋪設(shè)，枕木放平，軌道扶正，恢復(fù)設(shè)計(jì)狀態(tài)，最后使用C20混凝土對(duì)巷道底板進(jìn)行重新硬化，將底梁和枕木全部埋入底板硬化層內(nèi)，硬化厚度200mm。

底鼓治理前后斷面圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 9號(hào)煤首采區(qū)變電所底鼓治理前斷面圖

4 穩(wěn)定性分析

在對(duì)巷道底鼓采取治理措施后，對(duì)原底鼓處的底鼓量進(jìn)行30 d的連續(xù)監(jiān)測(cè)，并與之前底鼓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到以下對(duì)比曲線(xiàn)，見(jiàn)圖5。

圖4 9號(hào)煤首采區(qū)變電所底鼓治理后斷面圖

圖5 底鼓治理前后底鼓量檢測(cè)對(duì)比

從圖中能夠看出在治理后，巷道底鼓量得到明顯改善，底鼓量由150 mm下降到20 mm，這說(shuō)明巷道底鼓現(xiàn)象明顯減弱，底板的穩(wěn)定性大幅提升，該方法完全滿(mǎn)足安全生產(chǎn)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大斷面巷道底鼓機(jī)理的分析與治理措施的實(shí)際應(yīng)用表明：

1）引起巷道底鼓的主要原因?yàn)榈装鍘r層松軟、巷道圍巖壓力增大以及底板巖層中遇水導(dǎo)致巖石膨脹。

2）該礦采區(qū)變電所底鼓的主要是由于底板巖層軟弱、圍巖應(yīng)力集中以及水平應(yīng)力增大共同作用的結(jié)果。

3）采用底板錨桿配合底梁方法進(jìn)行治理后，底鼓量控制在了20mm之內(nèi)，表明軟巖大斷面巷道底鼓得到有效控制。

[1]錢(qián)鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003．

[2]李開(kāi)學(xué)，王宏圖，劉正海.巷道底鼓理論與防治技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35(3)：86-88．

[3]康紅普.軟巖巷道底鼓的機(jī)理及防治[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1993．[4]劉成,宋選民,劉葉,等.大斷面回采巷道層狀底板底臌機(jī)理及其防治對(duì)策[J].煤炭學(xué)報(bào),2014（6）:1049-1055.

[5]顏炳成.巷道底鼓與防治[J].科技信息，2008（30）：312-312．

[6]劉泉聲,劉學(xué)偉,黃興,等.深井軟巖破碎巷道底臌原因及處置技術(shù)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2013（4）:566-571.

[7]鄭西貴,劉娜,張農(nóng),等.深井巷道撓曲褶皺性底臌機(jī)理與控制技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào),2014（3）:417-423.

[8]周冬磊，王連國(guó)，王占盛，等.大斷面軟巖巷道底鼓機(jī)理及控制對(duì)策研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2012，32(1)：59-63．

（編輯：武曉平）

Control M ethod of Floor Heave in Large Section Roadway w ith Soft Rock

ZHANG Tiandong1,2,SU Xuegui1,YANG Zongyi1
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Luyukou Mine,Taiyuan Coal Gasification(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan 030204,China)

Floor heave,usually caused by thebedding damage and increased pressure of floor rock, directly affects the safety production in mines.On the analysis of the geologic condition and the mechanism of the floor heave caused by the increasing confining pressure,the paper proposes a floor heave controlmethod in bottom beam construction with flooranchored bolt in the position of the substation of No.9 firstmining area in Luyukou Coal Mine.On the analysis on engineering application and monitoring,the results show that thismethod can solve the floor heave in the condition of large and soft floor in the substation roadway,providing feasible reference for the floor heave control under similar geologicalconditions.

floorheave;large section;ground pressure;bolt

TD322

A

1672-5050（2016）06-010-04 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.003

2016-09-27

張?zhí)鞏|（1967-），男，山西平遙人，在讀工程碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事煤炭開(kāi)采技術(shù)與管理工作。