1319工作面巷道加固帮角控制底鼓的实践

韩阳红（山西阳城阳泰集团竹林山煤矿有限公司，山西晋城048000）



1319工作面巷道加固帮角控制底鼓的实践

韩阳红
（山西阳城阳泰集团竹林山煤矿有限公司，山西晋城048000）

摘要1319工作面是竹林山煤矿1300采区最后一个综采工作面。在掘进1319工作面正付巷时，由于矿山压力显现明显，巷道底鼓严重，部分地段掘进后巷道底鼓严重，甚至超过500 mm，严重影响了井下运输、通风与行人安全。为了控制巷道底鼓，在后期掘进中采用加固巷帮巷角的方法，对巷道原支护设计进行优化改进，使巷道底鼓得到有效控制，未出现较大底鼓现象，为实现矿井生产高产高效提供了有利条件。

关键字巷道底鼓；加固巷帮；巷帮支护

0　引言

在煤矿开采过程中，井下巷道开挖后，岩体原来的三向受压平衡状态遭到破坏，应力重新分布，变为两向应力状态，巷道围岩受应力作用发生变形。其中巷道底鼓是井下常见的矿压显现，在运输巷道或辅助运输巷道以及主要进风巷底鼓严重会影响到矿井生产的高产高效，对矿井的运输、通风以及行人安全都造成不利影响。

影响巷道底鼓的因素很多，包括巷道两帮的压模效应、巷道围岩的岩性、煤层的强度与破碎程度、原岩应力、采动支承应力和支护方式等。根据巷道底鼓的方式和机理，一般将巷道底鼓分为4类［1］：挤压流动性底鼓、挠曲褶皱性底鼓、剪切错动性底鼓以及膨胀性底鼓。在前人不断地深入研究下，对底鼓的研究逐步系统完善，治理底鼓的技术由原来只局限于在巷道底板进行，逐步向巷道其它位置进行［2-3］，并取得明显的效果。本文针对孤岛工作面巷道采用加固巷帮、巷角进行控制底鼓的应用研究。献［4］巷道围岩应力重新分布塑性区首先分布在煤巷的两帮及易发生应力集中的巷角处，随着围岩塑性区的发展，顶底部位的塑性区也逐步发展，但煤巷两帮和巷角处的塑性区仍最大（如图1）。另一方面，受地应力对岩层的压缩作用，巷道两帮产生下沉，进一步促进了巷道底板破裂与滑移，加剧了巷道底鼓现象。所以巷道两帮与底板岩体强度愈低愈破碎，巷道两帮下沉与底鼓愈严重，支护难度愈大，成本愈高。

1　巷道顶底板岩体软弱时底鼓机理与控制

现代矿井的准备巷道和回采巷道一般在煤层中掘进巷道，具有掘进速度快，出煤早等各项优点。但是煤巷两帮围岩为煤体，强度一般较顶底板岩层低，容易造成巷道变形严重，加大支护难度和支护成本。根据文

图1　顶底板岩体强度均较低时巷道围岩塑性区示意

所以为有效控制巷道变形，应在煤巷掘进成型后尽快通过有效的支护手段对巷道进行支护，控制围岩变形。其中加固巷帮巷角控制巷道底鼓方法的主要作用为：

（1）通过在巷角处进行加固，可以有效降低巷角部位的应力集中程度，进而减小巷角塑性区的范围；

（2）在加固巷帮巷角的作用下使巷帮与巷角部位成为承载拱，提高巷帮的自承能力，从而减小了两帮的下沉量，降低了底板的破坏程度；

（3）通过加固巷帮能够提高巷帮的强度，减小巷帮塑性区的范围，减小了巷道底板“暴露”面积，从而使巷道底板可承受更大的水平应力；

（4）通过加固巷角部位，阻止巷角岩体的塑形流动，减小底板的滑移，达到减小巷道底鼓量的目的。

2　工程概况

阳泰集团竹林山煤矿1300采区现开采3#煤层，煤层平均厚度4.46 m，埋深225 m～375 m。1319工作面为1300采区孤岛工作面，位于1300采区轨道巷东侧，北部为1320采空区，南部为1318采空区，东部为1400采区皮带巷，位置示意如图2所示。1319正、付巷为煤巷，将作为1319工作面的回风巷和辅助回风巷，均沿煤层底板掘进。围岩性质为：顶板为深灰色泥质粉砂岩；底板为黑色粉砂质泥岩，含大量植物化石，其中底板顶部0.1 m为炭质泥岩。正付巷两条巷道毛断面尺寸均为5 m×4 m，巷道断面较大，采用支护方式为锚网支护，如图3所示。巷道两帮为5根帮锚杆，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢专用锚杆钢材，长度为2 000 mm，极限拉断力为188 kN，屈服力为126 kN，延伸率为17%，排距1 m，间距850 mm。顶板为6根锚杆，杆体为20#左旋无纵筋螺纹钢专用锚杆钢材，长度为2 400 mm，极限拉断力为188 kN，屈服力为126 kN，延伸率为17%，顶锚杆排距1 m，间距900 mm。同时采用Φ 21.8 mm L8 300 mm预应力锚索加强支护，排距2 m，间距1 800 mm。

在现场施工期间，1319正付巷掘进前400 m范围内，在巷道开掘后，工作面后方巷道底鼓严重，部分地段底鼓量超过500 mm，严重影响了皮带运输与轨道运输。为了在掘进工作面后方能够顺利敷设或调整轨道和保证皮带输送机的安全运行以及行人安全，需要抽调人员进行起底，严重影响了掘进进度，降低了劳动生产效率。

图2　1319工作面位置示意

图3　1319正付巷巷道支护示意

3　支护参数优化及现场效果

根据上文中巷道底鼓机理及现有1319正付巷支护设计可以发现，1319正付巷支护设计存在一定的缺陷与不足：

（1）只强调了掘进巷道的顶板支护，而对底板及巷帮的变形与支护缺乏足够重视；

（2）未考虑巷道顶底板围岩岩性和塑性区的发展以及本矿3#煤层裂隙发育破碎程度较高的现状，考虑因素不够周全；

（3）根据文献［5］巷道的破坏发生在顶底板是因为水平应力大于垂直应力。原支护设计未做深入研究，理论依据不够全面。

在原有支护设计方案下，根据现场实际情况，综合考虑各项影响因素：

（1）1319正付巷顶底板岩体强度较低，巷角易发生应力集中，造成塑性区范围较大；

（2）1300采区3#煤层煤体裂隙较发育，煤层松软，强度较低，以煤体作为巷帮，巷帮承载能力较低，下沉量大，加剧了底板破碎程度；

（3）1319正付巷巷帮松软破碎，导致巷道底板承受水平应力的能力较低；

（4）在现场施工中巷帮支护中的最下面一排锚杆由于巷道超挖或帮锚杆排距不达标，导致部分地段最下面一排锚杆距底板超过400 mm，对巷道底角达不到有效支护作用，促使巷道底角易发生塑性流动。

另外，为了节约现场劳动强度和生产成本，现制定巷道支护方案如下（如图4所示）：

（1）顶板支护按原支护设计执行：锚杆排距1 000 mm，间距900 mm，锚索间距1 800 mm，排距2 000 mm；

（2）巷帮支护中的最上面一排锚杆由原来的10°变为30°；

（3）巷帮支护中的最上面一排锚杆距顶板间距由原来的200 mm变为300 mm；

（4）巷帮支护中的最下面一排锚杆由原来的平行于底板变为向底板方向-30°；

（5）巷帮支护中的最下面一排锚杆距底板由原来的400 mm变为300 mm；

（6）帮锚杆排距1 000 mm，间距为850 mm。

图4　1319正付巷巷道支护方案示意

通过改变现场支护方式，1319正付巷在后续的掘进作业中底鼓现象得到有效控制。根据现场观测与统计，后期的巷道掘进过程中，巷道底鼓量与发生底鼓地段的数量都明显降低，后期未发现一处底鼓量超过500 mm的地段。底鼓量的减少，减小了对巷道中皮带和轨道的影响，降低了现场起底的工作量，进而提高了工作效率。

4　结论

（1）巷道在掘进过程中，围岩岩性与煤体强度对巷道变形具有重要影响：围岩和煤体强度越大，巷道变形量越小，反之，变形量增大。

（2）加固巷帮巷角，能够改变巷道围岩的应力分布状态，能够提高两帮和帮角强度，加强巷帮的支撑能力，减小应力集中的程度，控制塑性区的发展，进而达到减小底鼓量的目的。

（3）通过加固巷帮巷角能够有效控制巷道底鼓变形，而且施工简单，比较易于现场推广。

参考文献

［1］柏建彪，李文峰，王襄禹，等.采动巷道底鼓机理与控制技术［J］.采矿与安全工程学报，2011，28（1）: 1-5.

［2］王卫军，冯涛.加固两帮控制深井巷道底鼓的机理研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（5）: 808-811.

［3］王卫军，侯朝炯，冯涛.动压巷道底鼓［M］.北京:煤炭工业出版社，2003: 72-78.

［4］侯朝炯、何亚男、李晓，等.加固巷道帮角控制底鼓的研究［J］.煤炭学报，1995，20（3）: 229-234.

［5］姜耀东，刘文岗，赵毅鑫，等.开滦矿区深部开采中巷道围岩稳定性研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（11）: 1857-1862.

Practice of Reinforcing Roadway Wall and Angle to Control Floor Heave in 1319 Working Face

Han Yanghong
（Zhulinshan Coal Mine Co.，LTD. of Shanxi Yangcheng Yangtai Group，Jincheng Shanxi，048000）

Abstract：The 1319 working face is the last fully mechanized working face of the 1300 mining area of Zhulinshan Mine. When mining the main and deputy lane of 1319 working face，because the mine pressure appears obviously，the floor heave is serious，the floor heave is serious and even more than 500 mm after mining some parts，it seriously affects the underground transportation，ventilation and pedestrian safety. In order to control the floor heave，the method of reinforcing roadway wall and angle is used in the later mining，the roadway support design is optimized and improved，the floor heave is effectively controlled，the larger floor heave phenomenon does not appears，these provide the favorable conditions to realize high production and efficiency for the mine.

Key words：floor heave；reinforcing roadway wall；roadway wall support

中图分类号TD353+.6

文献标识码B

文章编号1000-4866（2016）03-0021-03

作者简介

韩阳红，男，1975年出生，现在山西阳泰集团竹林山煤矿有限公司工作，生产科科长，助理工程师。

收稿日期：2016-03-05