高久國(guó) 趙 健

（1.山東唐口煤業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272055；2.山東能源集團(tuán)魯西礦業(yè)有限公司，山東 菏澤 274700）

唐口礦現(xiàn)有的采場(chǎng)開(kāi)采范圍內(nèi)受到濟(jì)寧、嘉祥兩大斷層影響，整體形成地塹構(gòu)造。由于斷層本身的構(gòu)造應(yīng)力以及工作面開(kāi)挖造成的超前支承壓力，巷道很容易發(fā)生底鼓，直接影響工作效率，制約安全高效生產(chǎn)[1-2]。對(duì)于底鼓問(wèn)題的治理，巷道底板卸壓取得了理想的治理成果[3-5]，并且有利于巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定。為解決唐口煤礦底鼓問(wèn)題，本文對(duì)6307 工作面底鼓防治方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)唐口煤礦高效生產(chǎn)的目的。

1 底板卸固耦合機(jī)理及技術(shù)

1.1 巷道底煤沖擊及控制機(jī)理

根據(jù)沖擊啟動(dòng)理論，沖擊地壓發(fā)生過(guò)程會(huì)歷經(jīng)三個(gè)階段，分別是沖擊啟動(dòng)、沖擊能量傳遞、沖擊地壓顯現(xiàn)，其中沖擊啟動(dòng)區(qū)是指沖擊地壓發(fā)生的空間起始位置。只有明確了解沖擊啟動(dòng)區(qū)的位置，掌握了其演化及形成條件，才能阻止沖擊啟動(dòng)，從而避免沖擊地壓的發(fā)生。在巷道圍巖結(jié)構(gòu)中，最容易發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)的位置是幫部及底板煤巖體。眾多巷道底鼓案例表明，巷幫中的側(cè)向支承壓力和作用在底板煤巖層中的水平構(gòu)造應(yīng)力都是巷道底板變形的主要原因。

1.2 底板沖擊防治機(jī)理

底板沖擊地壓治理的關(guān)鍵是減小底板水平應(yīng)力和煤柱垂直應(yīng)力，并對(duì)底板采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施。底板高應(yīng)力集中是沖擊發(fā)生的力源，弱化底板的煤巖體，釋放底板的能量，是解決底板沖擊地壓的直接有效途徑。對(duì)底板煤層進(jìn)行強(qiáng)度弱化能直接降低煤層中的水平應(yīng)力，對(duì)兩幫煤體進(jìn)行強(qiáng)度弱化能降低煤柱的垂直應(yīng)力集中程度，大大降低底板的沖擊危險(xiǎn)性。

根據(jù)巷道底鼓的發(fā)生機(jī)理，在礦井及工作面的設(shè)計(jì)階段及開(kāi)采階段可從以下幾個(gè)方面入手進(jìn)行巷道底鼓的治理：

（1）巷道布置應(yīng)避開(kāi)構(gòu)造帶、開(kāi)采擾動(dòng)區(qū)并選擇底板穩(wěn)定巖層進(jìn)行布設(shè)。

（2）采取卸壓措施轉(zhuǎn)移水平構(gòu)造應(yīng)力和集中支承壓力。

（3）采取卸壓措施弱化過(guò)渡區(qū)。

（4）采取支護(hù)、注漿等手段加固被動(dòng)狀態(tài)區(qū)。

巷道底鼓治理的方法不是一成不變的，應(yīng)根據(jù)具體巷道的地質(zhì)生產(chǎn)條件，分析底鼓發(fā)生的根本原因，從而采取具有針對(duì)性的治理手段以減弱甚至消除不利因素對(duì)巷道底板的影響。

1.3 巷道底板卸固耦合技術(shù)

巷道底鼓的卸固耦合治理方法是基于沖擊啟動(dòng)理論提出的新型沖擊地壓治理方法，其原理是在巷道幫部或底板通過(guò)特定參數(shù)的爆破實(shí)現(xiàn)將水平構(gòu)造應(yīng)力和巷幫集中支承壓力往煤巖體深部轉(zhuǎn)移，同時(shí)根據(jù)巷道底板煤巖體的具體物理力學(xué)性質(zhì)及裂隙發(fā)育程度等對(duì)巷道底板進(jìn)行錨、注等形式的加固，從而達(dá)到從力源與發(fā)生條件上對(duì)底鼓災(zāi)害的有效控制。該方法主要適用于由構(gòu)造應(yīng)力及巷幫側(cè)向支承壓力引起的底鼓災(zāi)害。巷道卸壓及加固范圍如圖1。

圖1 卸固耦合治理巷道底鼓示意圖

卸固耦合治理底鼓的具體流程如下所述：

（1）對(duì)幫頂變形進(jìn)行處理，保證巷道原斷面；對(duì)底鼓處進(jìn)行拉底作業(yè)，為下一步施工及正常運(yùn)輸做好準(zhǔn)備。

（2）施工組合注漿孔，下注漿管并封孔。

（3）利用注漿孔對(duì)底板深部進(jìn)行高壓注漿。

（4）待漿液凝固后在巷道兩幫及底角施工特定參數(shù)的卸壓爆破孔。

2 工作面概況

6307 工作面是唐口煤礦630 采區(qū)的第三個(gè)回采工作面。該面走向可采長(zhǎng)里段567 m、外段1067 m，傾向長(zhǎng)里段180 m、外段60 m。根據(jù)兩順槽、聯(lián)絡(luò)巷及切眼掘進(jìn)實(shí)際揭露資料，該工作面3 煤層沉積較穩(wěn)定，煤層厚度在8.1～10.4 m之間，平均厚9.44 m，并且全部可采。

在工作面回采過(guò)程中，工作面軌道順槽受超前支承壓力影響巷道底鼓明顯，故而將試驗(yàn)區(qū)域選擇在6307 軌道順槽。6307 工作面軌道順槽與630 軌道運(yùn)輸大巷相連，主要用于工作面輔助運(yùn)輸?shù)?。該順槽走向長(zhǎng)1917 m，巷道坡度較平緩，坡度在0～9°之間，平均3°，為矩形斷面，凈寬5000 mm，凈高3800 mm，凈斷面面積19 m2。

結(jié)合工作面參數(shù)，采用數(shù)值模擬手段對(duì)工作面巷道的巷幫支承壓力和底板水平應(yīng)力分布特征進(jìn)行了模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2。

圖2 巷道圍巖應(yīng)力分布特征圖

由計(jì)算結(jié)果可知，工作面回采巷道圍巖在不受采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響時(shí)，其垂直應(yīng)力峰值區(qū)深度約為6～15 m，這與現(xiàn)場(chǎng)回采巷道的鉆屑法監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致。巷道底板水平應(yīng)力峰值區(qū)深度約為5～11 m。

3 工程應(yīng)用實(shí)例方案

3.1 巷道底板注漿

注漿材料選用水泥—水玻璃雙液漿材，水泥選用42.5 MPa 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比控制在1:2，并且嚴(yán)格按照配比施工。對(duì)錨索孔深部注漿通過(guò)預(yù)埋的注漿管來(lái)進(jìn)行，注漿壓力為5 MPa。注漿孔采用五花形式，排距3.0 m，孔間距1.7 m，孔深為6.0 m，如圖3 和表1。

表1 巷道底板注漿孔布置方式

圖3 底板注漿孔布置示意圖（m）

② 爆破鉆孔直徑，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計(jì)兩幫和底板炮孔直徑為50 mm。

③ 裝藥量。深孔區(qū)間爆破應(yīng)采用礦用三級(jí)乳化炸藥，每卷炸藥直徑為27 mm，長(zhǎng)度為300 mm，藥量為200 g/卷。幫部孔裝進(jìn)33 卷，裝藥深度為5～15 m，裝藥量為6.6 kg；底板孔裝藥時(shí)采用炸藥被筒裝藥，三卷并排裝入被筒，每孔裝進(jìn)81 卷，裝藥區(qū)間為4～12 m，裝藥量為16.2 kg；雷管采用同段位毫秒延期電雷管。正向裝藥，雙雷管起爆，連線(xiàn)方式采用“孔內(nèi)并聯(lián)、孔間串聯(lián)”。具體爆破參數(shù)參見(jiàn)表2。

表2 深孔區(qū)間爆破參數(shù)

④ 封孔。底板封孔長(zhǎng)度不小于4 m，兩幫封孔長(zhǎng)度不得少于5 m，并且嚴(yán)格封實(shí)。

3.2 深孔區(qū)間爆破卸壓

（1）爆破區(qū)間

根據(jù)巷道底鼓發(fā)生的機(jī)理，在采取深孔區(qū)間爆破卸壓治理巷道底鼓時(shí)，想要取得良好卸壓效果，垂直應(yīng)力峰值區(qū)就必須包含在巷幫卸壓區(qū)間內(nèi)，底板爆破區(qū)間也應(yīng)置于巷幫支護(hù)體的正下方并包含底板水平應(yīng)力峰值區(qū)。

按照深孔區(qū)間爆破的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合模擬計(jì)算的應(yīng)力峰值區(qū)深度，將巷幫爆破區(qū)間取為5～15 m，炮孔近水平。底板爆破孔在巷道底角施工，其俯角為66o，孔深12 m，爆破區(qū)間為4～12 m。如圖4。

圖4 6307 順槽底板爆破區(qū)間圖（m）

（2）爆破施工參數(shù)

① 兩幫及底板爆破鉆孔同間距為8 m，兩幫爆破孔距底板1.0～1.3 m。

4 結(jié)論

針對(duì)巷道底鼓治理問(wèn)題，治理方案設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際工作面。在巷道高強(qiáng)度支護(hù)的基礎(chǔ)上，底板卸固耦合技術(shù)從力源與發(fā)生條件上對(duì)底鼓災(zāi)害實(shí)現(xiàn)了有效控制。巷道深孔爆破減少了工作量，提高了卸壓效率，有效地提高了巷道底鼓治理效率。在后續(xù)對(duì)6307 工作面回采過(guò)程中的綜采支架壓力、巷道變形等進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，均未超過(guò)臨界預(yù)警值，并且巷道變形量較小，巷道變形控制效果明顯。如圖5 ～圖6。

圖5 工作面綜采支架阻力變化曲線(xiàn)

圖6 工作面軌道順槽兩幫變形量