程 東 東

（山西汾河焦煤有限公司回坡底煤礦，山西 洪洞041600）

0 引 言

隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增大，邊角煤及遺留煤柱的開(kāi)采，導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力惡化，變形量嚴(yán)重，尤其是巷道底板為軟巖時(shí)，底鼓現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，巷道底鼓約占頂?shù)装逡七M(jìn)量的2/3～3/4[1,2]。如巷道底鼓問(wèn)題無(wú)法及時(shí)解決或緩解，將會(huì)嚴(yán)重制約生產(chǎn)能力，若巷道底鼓量較大，巷道斷面過(guò)小不僅會(huì)影響井下運(yùn)輸能力，還會(huì)影響通風(fēng)能力，這將帶來(lái)重大安全隱患。因而巷道底鼓防治是煤礦順利生產(chǎn)、安全生產(chǎn)的重要保證。因此，需針對(duì)受采動(dòng)影響時(shí)巷道圍巖狀況進(jìn)行研究，針對(duì)底鼓現(xiàn)象進(jìn)行防治[3]。

王衛(wèi)軍[4]采用數(shù)值模擬、理論分析研究了采動(dòng)影響下底板應(yīng)力傳遞規(guī)律和巷道圍巖應(yīng)力的關(guān)系，提出了錨網(wǎng)索+注漿+底板錨索控制方法；王襄禹[5]針對(duì)近斷層采動(dòng)巷道提出了非對(duì)稱(chēng)支護(hù)技術(shù)，圍巖變形得到了有效控制?，F(xiàn)針對(duì)回坡底煤礦采動(dòng)影響下巷道底鼓治理進(jìn)行研究。

1 工程概況

回坡底煤礦位于山西省洪洞縣北西部和汾西縣西南部，礦井設(shè)計(jì)規(guī)模為1.20Mt/a，全井田開(kāi)采10、11號(hào)煤層劃分為一個(gè)水平開(kāi)采，水平標(biāo)高+556m?；仄碌酌旱V東一采區(qū)11-102 綜采工作面所采煤層為11#煤，開(kāi)采順序采用后退式順序進(jìn)行回采。老頂為粉砂巖，厚度2.2～2.6m，平均厚度2.5m，f=6～10；直接頂為泥巖，厚度3.3～3.6m，平均厚度3.5m，；直接底為鋁質(zhì)泥巖，平均厚度2.5m，f=4～6。10#煤與11#煤層間距為6～7m。

1021 巷道位于東一采區(qū)右翼，北部為10-103 工作面，西部為東一采區(qū)大巷，南部和東部為實(shí)體煤。1021 巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷道凈尺寸為4.6×3.3m，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，巷道底板為泥巖，受到上部采空區(qū)及遺留煤柱影響，出現(xiàn)了嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象。因此，為保證11-102 工作面通風(fēng)和運(yùn)輸順暢以及人員安全，有必要開(kāi)展復(fù)雜應(yīng)力疊加影響區(qū)含親水巖層巷道底鼓控制關(guān)鍵技術(shù)研究。

2 1021 巷底板圍巖穩(wěn)定性現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

通過(guò)底板鉆孔的穩(wěn)定性進(jìn)而推算巷道底板穩(wěn)定性，本次巷道底板鉆孔實(shí)測(cè)采用全角度鉆孔穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)鉆孔后將監(jiān)測(cè)裝置放置到鉆孔中，可以采集到的鉆孔各方位的地應(yīng)力大小及鉆孔變形數(shù)據(jù)，通過(guò)兩項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)而評(píng)價(jià)巷道底板圍巖的穩(wěn)定性。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置方式

本次測(cè)試布置8 個(gè)鉆孔，分兩排布設(shè)，每排4 個(gè)，鉆孔間排距均為2m，1～4 號(hào)孔靠近煤柱側(cè)底板布置，5～8 號(hào)孔靠近巷道中線布置，具體位置見(jiàn)圖1。鉆孔直徑為32mm，受鉆孔設(shè)備影響，孔深2.0m。每個(gè)鉆孔分別放入3 個(gè)監(jiān)測(cè)裝置，A、B、C、D、E、F、G、H 分別對(duì)應(yīng)1 至8 號(hào)鉆孔，根據(jù)設(shè)備埋深不同，由上至下依次分為A1，A2，A3，分別放置于孔深0.4m、1.1m、1.8m處，其余以此類(lèi)推。本次實(shí)測(cè)主要研究底板圍巖水平方向變形，故應(yīng)力桶設(shè)備切割部位與底板水平方向垂直，設(shè)備主要發(fā)生水平方向變形。

圖1 工作面平面鉆孔布置圖

2.2 數(shù)據(jù)處理及鉆孔形變

針對(duì)鉆孔放置的監(jiān)測(cè)裝置，采用便攜式應(yīng)力應(yīng)變儀每天進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，共15 天。每個(gè)鉆孔3 組數(shù)據(jù)，共24 組數(shù)據(jù)。通過(guò)應(yīng)變數(shù)據(jù)處理得到8 個(gè)孔內(nèi)相同深度安放裝置0.4m、1.1m、1.8m 三個(gè)深度水平底板鉆孔形變情況，根據(jù)數(shù)據(jù)可以繪制鉆孔日位移變化曲線，如圖2-圖4 所示：

圖2 0.4m 深孔日均位移變化量

圖3 1.1m 深孔日均位移變化量

圖4 1.8m 深孔日均位移變化量

由圖2-圖4 所示，不同深度水平各鉆孔變形值呈震蕩變化規(guī)律，各測(cè)點(diǎn)變形量均在0～2.5mm 之間，各測(cè)點(diǎn)所測(cè)變形量均為水平方向，可見(jiàn)，1021 巷道底板圍巖承受較大水平應(yīng)力。

根據(jù)8 個(gè)孔內(nèi)相同深度安放裝置數(shù)據(jù)得到0.4m、1.1m、1.8m 深鉆孔的形變數(shù)據(jù)，可以繪制得到鉆孔累計(jì)位移變化曲線，如圖5-7 所示：

圖5 0.4m 深鉆孔累計(jì)位移變化量

圖6 1.1m 深鉆孔累計(jì)位移變化量

圖7 1.8m 深鉆孔累計(jì)位移變化量

由圖5-圖7 所示，可得鉆孔累計(jì)位移量隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，是由于鉆孔鉆進(jìn)后卸壓，收到鉆孔圍巖應(yīng)力影響位移量增大，15 天鉆孔的累計(jì)位移量約為20mm，并且圍巖水平變形量隨著時(shí)間線性增長(zhǎng)，可以推斷得到底板的圍巖穩(wěn)定性越來(lái)越弱。對(duì)比上述數(shù)據(jù)可知，孔深越大，底板圍巖變形量越大，可以得到底板巖層深部的圍巖較為穩(wěn)定，底鼓量主要受到淺部圍巖的影響較大。對(duì)比1～4 號(hào)孔（近煤柱側(cè)）和5～8 號(hào)孔可知，收到上部采空區(qū)遺留煤柱應(yīng)力傳遞的影響，煤柱側(cè)的圍巖變形量大于巷道中心側(cè)，這是由于靠煤柱側(cè)的底板圍巖中產(chǎn)生了較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致圍巖變形量較大。

3 底板圍巖鉆孔窺視結(jié)果

變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，靠近煤柱側(cè)的巷道底板圍巖水平變形量普遍大于靠近巷道中心側(cè)底板，為了驗(yàn)證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性并了解1021 巷道底板圍巖穩(wěn)定性情況，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)1021 巷道兩側(cè)底板進(jìn)行了鉆孔窺視，窺視結(jié)果如圖8 所示。

圖8 1021 巷道底板圍巖窺視圖

由圖8 可知，1021 巷道靠近皮帶側(cè)底板鉆孔的完整性和穩(wěn)定性要好于靠近煤柱側(cè)底板，并且靠近煤柱側(cè)底板鉆孔的縮孔量較大，這表明1021 巷道靠近煤柱側(cè)底板變形量大于另一側(cè)，這與鉆孔變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果較為一致。由上述分析可知，上部采空區(qū)遺留煤柱的存在導(dǎo)致下部巷道靠近煤柱側(cè)受到的水平應(yīng)力較大，導(dǎo)致巷道底板兩側(cè)出現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)變形現(xiàn)象。

4 底鼓治理技術(shù)研究

4.1 底鼓治理技術(shù)方案

針對(duì)皮帶側(cè)底板變形量較大并且圍巖較為破碎的現(xiàn)象，為達(dá)到更好的底鼓防治效果。回坡底煤礦采用一側(cè)巷道布置卸壓孔、另一側(cè)布置加固孔的技術(shù)方案。

通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)確定該底鼓防治裝置的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。①加固孔直徑：該裝置中的充填加固部分可以增強(qiáng)該礦底板巖層物理力學(xué)強(qiáng)度，因此，基于加強(qiáng)底板物理力學(xué)強(qiáng)度的思想，在不影響礦井正常生產(chǎn)情況下，該防治裝備直徑越大，對(duì)于底板的加固效果越好，回坡底煤礦底板鉆孔機(jī)目前所能達(dá)到的最大鉆孔直徑為75mm，因此加固孔直徑即定為75mm。②加固孔深度為3m，結(jié)合抗讓結(jié)合底鼓防治裝備原理，將加固孔垂直深度定為3.5m，充填加固部位定為鉆孔中部，裝置上、下各留25mm 的水平變形空間，從而達(dá)到“抗讓結(jié)合”的效果。③加固孔排距：加固孔排距越小，對(duì)底板充填加固效果更好，其加固間排距設(shè)計(jì)原理與錨桿支護(hù)底板設(shè)計(jì)原理相同，同時(shí)考慮到最大化減小底板加固成本，將底板加固孔排距與1021 巷頂板支護(hù)排距設(shè)為相同，即排距設(shè)定為1m。

圖9 卸壓孔和充填加固孔布設(shè)方案

對(duì)1021 巷道進(jìn)行卸壓和加固處理后，可有效改變底板應(yīng)力傳播路徑，如圖10 所示。卸壓孔的存在可以將煤柱側(cè)底板圍巖中較高的水平應(yīng)力轉(zhuǎn)移到更深部巖層中，靠皮帶側(cè)底板圍巖加固可以阻隔高應(yīng)力對(duì)該區(qū)域底板的破壞。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為了驗(yàn)證本項(xiàng)目所提方案的底鼓防治效果，在1021 巷道部分區(qū)段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。在巷道內(nèi)共設(shè)置了4 個(gè)圍巖表面位移觀測(cè)站，觀測(cè)了回采期間和非回采期間采用本項(xiàng)目措施后的巷道底板變形情況，并將受采動(dòng)影響和不受采動(dòng)影響兩種條件下采用底鼓防治措施和不采用底鼓防治措施的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。觀測(cè)結(jié)果如圖11 所示：當(dāng)巷道不受采動(dòng)影響時(shí)，與未經(jīng)過(guò)底鼓防治處理段巷道相比，防治段巷道底板變形量大幅減小，并且20 天后防治段巷道底板變形速度減緩，變形趨于穩(wěn)定，而未經(jīng)防治處理段巷道變形量持續(xù)增加，變形速度近似恒定；當(dāng)巷道受到采動(dòng)影響時(shí)，防治段巷道與未經(jīng)過(guò)底鼓防治處理段巷道相比底板變形量較小。

圖11 底鼓防治效果對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)回坡底煤礦1021 巷道巷道受煤柱應(yīng)力傳遞影響出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象等問(wèn)題，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)手段研究了圍巖應(yīng)力，并針對(duì)性采取了底鼓防治措施。

1）采用鉆孔實(shí)測(cè)方法，通過(guò)底板鉆孔的穩(wěn)定性推導(dǎo)分析得到靠近煤柱側(cè)的圍巖變形量大于巷道中心側(cè)，靠近煤柱側(cè)底板變形量最大為巷道底板中線變形量的1.5 倍，這是因?yàn)?021 巷受側(cè)上方采空區(qū)殘留煤柱影響，靠煤柱側(cè)的底板圍巖中產(chǎn)生了較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致圍巖變形量較大。

2）回坡底煤礦采用一側(cè)巷道布置卸壓孔、另一側(cè)布置加固孔的技術(shù)方案，針對(duì)巷道中的加固孔的加固方法。并確定了相關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，得到當(dāng)巷道受到采動(dòng)影響時(shí)，防治段巷道與未經(jīng)過(guò)底鼓防治處理段巷道相比底板變形量較小。