动压巷道底鼓控制技术

冯 源

(潞安集团慈林山煤业有限公司 李村煤矿，山西 长治 046600)

1 工程概况

某矿S2106工作面开采3号煤层，3号煤煤质松软，厚度较稳定，平均煤厚5.35 m。煤层有夹矸，岩性为泥岩，厚度为0.25 m，在巷道掘进方向上，3号煤层倾角为0～8.3°，平均倾角为2.5°。

S2105工作面和S2106工作面相邻，S2105工作面已回采完毕，S2105工作面瓦排巷保留下来作为S2106瓦排巷，瓦排巷断面为矩形，高3.2 m，宽4.8 m，断面积15.36 m2，沿3号煤层底板掘进，总体趋势为一背斜构造，北翼坡度较缓，为0.4°左右；南翼坡度较大，为3.2～8.3°。背斜南翼长415 m，北翼长579 m，巷道最高点位于背斜轴部。工作面布置见图1。

图1 工作面布置

2 S2106瓦排巷围岩变形特征

在S2106瓦排巷共布置8个测站(见图2)，对S2105工作面回采后尚未掘进S2106回风巷时S2106瓦排巷围岩变形特征进行了观测，观测结果如图3所示。从图3可知，底鼓现象严重，呈不规则状态分布。围岩变形主要体现在底鼓变形和两帮变形，顶板下沉量较小，平均为19.5 mm，而底鼓量平均727.5 mm，两帮移近量平均为476.3 mm，靠近S2106工作面侧瓦排巷底鼓严重，呈台阶状，底鼓量达到1 300 mm，两帮移近量为840 mm，其主要原因为瓦排巷经历工作面动压影响浅部围岩极为破碎，加之顶板临水影响。两帮移近量变形曲线与底鼓量变形曲线相似，呈同步变形，其主要原因是S2106瓦排巷是沿底板掘进，底板为泥岩，加之巷道淋水，进一步弱化泥岩强度，底板鼓起使得两帮失去底部约束，导致两帮煤体压入底板，造成两者同步变形。

图2 测站布置

图3 S2106瓦排巷各测站围岩位移量

3 水力膨胀锚杆控制底鼓原理

水力膨胀锚杆是由外径大于钻孔孔径的无缝钢管加工制作成的双层凹形管状杆体。其工作原理是锚杆放入钻孔后，注高压水使其膨胀，杆体发生永久变形，紧紧地贴在孔壁上，锚杆与围岩相互挤压，增大围岩应力，还会产生极大的摩擦力[1-3]，此外，在注水膨胀时，轴向会有一定的收缩变形，使锚杆的托盘紧紧地压在围岩表面，对围岩施加预紧力，实现加固围岩、控制底鼓的目的[4-7]。原理如图4所示。

图4 水力膨胀锚杆原理

4 工业性试验

4.1 底鼓锚杆支护参数

采用底板锚杆控制底鼓，底板支护示意见图5。具体支护参数为：底板锚杆选用ER120水力膨胀锚杆，锚杆长度2 400 mm，锚杆间排距为900 mm×800 mm，铺设金属网和D14 mm、L4 600 mm圆钢焊制的钢筋梯子梁。S2105回采期间，在瓦排巷内靠近35 m煤柱侧，间隔着打有木支垛，因此，施工底板锚杆时，在打有木支垛的地方，梯子梁加工为L1 850 mm。锚杆与垂直方向夹角依次为45°、25°、15°。

图5 瓦排巷底板锚杆支护(mm)

4.2 矿压观测分析

通过对S2106回风巷掘进期间和S2106工作面回采期间水力膨胀全长锚固锚杆支护的S2106瓦排巷道底鼓量进行观测。结果如图6和图7所示。

图6 S2106回风巷掘进期间瓦排巷底鼓量曲线

从图6可知，水力膨胀锚杆支护底板，18 d后底板变形基本稳定，底鼓量为48 mm，水力膨胀锚杆支护瓦排巷破碎底板后，底板围岩快速稳定。

图7 S2106回采期间瓦排巷底鼓量曲线

由图7可知：

1) 水力膨胀锚杆支护瓦排巷，在工作面前方50 m处，经历采动影响后水胀锚杆支护底鼓量约为102 mm；工作面后方55 m处，受侧向高支承应力影响，水胀锚杆支护段瓦排巷底鼓量约为620 mm。

2) 工作面回采超前影响距离约为60 m，表现为工作面前方60 m到工作面后方25 m范围内底鼓呈线性增加趋势，而工作面后方25 m至工作面后方70 m处底鼓量急剧增加。

5 结 语

1) 分析了S2106瓦排巷围岩变形特征：底鼓严重，并呈不规则分布，与巷道两帮同步变形，顶板下沉量最小。

2) 针对S2106瓦排巷底板围岩松动破坏严重，提出采用摩擦式水力膨胀全长锚固锚杆加固松动底板的控制技术。

3) 通过试验和矿压观测可知，工作面回采超前影响距离约为60 m，水力膨胀全长锚固锚杆能够有效控制底鼓。