6307 轨道顺槽底板卸固耦合技术及应用

高久国 赵 健

（1.山东唐口煤业有限公司，山东 济宁 272055；2.山东能源集团鲁西矿业有限公司，山东 菏泽 274700）

唐口矿现有的采场开采范围内受到济宁、嘉祥两大断层影响，整体形成地堑构造。由于断层本身的构造应力以及工作面开挖造成的超前支承压力，巷道很容易发生底鼓，直接影响工作效率，制约安全高效生产[1-2]。对于底鼓问题的治理，巷道底板卸压取得了理想的治理成果[3-5]，并且有利于巷道长期稳定。为解决唐口煤矿底鼓问题，本文对6307 工作面底鼓防治方案进行设计，以达到实现唐口煤矿高效生产的目的。

1 底板卸固耦合机理及技术

1.1 巷道底煤冲击及控制机理

根据冲击启动理论，冲击地压发生过程会历经三个阶段，分别是冲击启动、冲击能量传递、冲击地压显现，其中冲击启动区是指冲击地压发生的空间起始位置。只有明确了解冲击启动区的位置，掌握了其演化及形成条件，才能阻止冲击启动，从而避免冲击地压的发生。在巷道围岩结构中，最容易发生动力失稳的位置是帮部及底板煤岩体。众多巷道底鼓案例表明，巷帮中的侧向支承压力和作用在底板煤岩层中的水平构造应力都是巷道底板变形的主要原因。

1.2 底板冲击防治机理

底板冲击地压治理的关键是减小底板水平应力和煤柱垂直应力，并对底板采取适当的支护措施。底板高应力集中是冲击发生的力源，弱化底板的煤岩体，释放底板的能量，是解决底板冲击地压的直接有效途径。对底板煤层进行强度弱化能直接降低煤层中的水平应力，对两帮煤体进行强度弱化能降低煤柱的垂直应力集中程度，大大降低底板的冲击危险性。

根据巷道底鼓的发生机理，在矿井及工作面的设计阶段及开采阶段可从以下几个方面入手进行巷道底鼓的治理：

（1）巷道布置应避开构造带、开采扰动区并选择底板稳定岩层进行布设。

（2）采取卸压措施转移水平构造应力和集中支承压力。

（3）采取卸压措施弱化过渡区。

（4）采取支护、注浆等手段加固被动状态区。

巷道底鼓治理的方法不是一成不变的，应根据具体巷道的地质生产条件，分析底鼓发生的根本原因，从而采取具有针对性的治理手段以减弱甚至消除不利因素对巷道底板的影响。

1.3 巷道底板卸固耦合技术

巷道底鼓的卸固耦合治理方法是基于冲击启动理论提出的新型冲击地压治理方法，其原理是在巷道帮部或底板通过特定参数的爆破实现将水平构造应力和巷帮集中支承压力往煤岩体深部转移，同时根据巷道底板煤岩体的具体物理力学性质及裂隙发育程度等对巷道底板进行锚、注等形式的加固，从而达到从力源与发生条件上对底鼓灾害的有效控制。该方法主要适用于由构造应力及巷帮侧向支承压力引起的底鼓灾害。巷道卸压及加固范围如图1。

图1 卸固耦合治理巷道底鼓示意图

卸固耦合治理底鼓的具体流程如下所述：

（1）对帮顶变形进行处理，保证巷道原断面；对底鼓处进行拉底作业，为下一步施工及正常运输做好准备。

（2）施工组合注浆孔，下注浆管并封孔。

（3）利用注浆孔对底板深部进行高压注浆。

（4）待浆液凝固后在巷道两帮及底角施工特定参数的卸压爆破孔。

2 工作面概况

6307 工作面是唐口煤矿630 采区的第三个回采工作面。该面走向可采长里段567 m、外段1067 m，倾向长里段180 m、外段60 m。根据两顺槽、联络巷及切眼掘进实际揭露资料，该工作面3 煤层沉积较稳定，煤层厚度在8.1～10.4 m之间，平均厚9.44 m，并且全部可采。

在工作面回采过程中，工作面轨道顺槽受超前支承压力影响巷道底鼓明显，故而将试验区域选择在6307 轨道顺槽。6307 工作面轨道顺槽与630 轨道运输大巷相连，主要用于工作面辅助运输等。该顺槽走向长1917 m，巷道坡度较平缓，坡度在0～9°之间，平均3°，为矩形断面，净宽5000 mm，净高3800 mm，净断面面积19 m2。

结合工作面参数，采用数值模拟手段对工作面巷道的巷帮支承压力和底板水平应力分布特征进行了模拟计算，计算结果如图2。

图2 巷道围岩应力分布特征图

由计算结果可知，工作面回采巷道围岩在不受采空区侧向支承压力影响时，其垂直应力峰值区深度约为6～15 m，这与现场回采巷道的钻屑法监测结果基本一致。巷道底板水平应力峰值区深度约为5～11 m。

3 工程应用实例方案

3.1 巷道底板注浆

注浆材料选用水泥—水玻璃双液浆材，水泥选用42.5 MPa 普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比控制在1:2，并且严格按照配比施工。对锚索孔深部注浆通过预埋的注浆管来进行，注浆压力为5 MPa。注浆孔采用五花形式，排距3.0 m，孔间距1.7 m，孔深为6.0 m，如图3 和表1。

表1 巷道底板注浆孔布置方式

图3 底板注浆孔布置示意图（m）

② 爆破钻孔直径，根据现有设备设计两帮和底板炮孔直径为50 mm。

③ 装药量。深孔区间爆破应采用矿用三级乳化炸药，每卷炸药直径为27 mm，长度为300 mm，药量为200 g/卷。帮部孔装进33 卷，装药深度为5～15 m，装药量为6.6 kg；底板孔装药时采用炸药被筒装药，三卷并排装入被筒，每孔装进81 卷，装药区间为4～12 m，装药量为16.2 kg；雷管采用同段位毫秒延期电雷管。正向装药，双雷管起爆，连线方式采用“孔内并联、孔间串联”。具体爆破参数参见表2。

表2 深孔区间爆破参数

④ 封孔。底板封孔长度不小于4 m，两帮封孔长度不得少于5 m，并且严格封实。

3.2 深孔区间爆破卸压

（1）爆破区间

根据巷道底鼓发生的机理，在采取深孔区间爆破卸压治理巷道底鼓时，想要取得良好卸压效果，垂直应力峰值区就必须包含在巷帮卸压区间内，底板爆破区间也应置于巷帮支护体的正下方并包含底板水平应力峰值区。

按照深孔区间爆破的设计原则，结合模拟计算的应力峰值区深度，将巷帮爆破区间取为5～15 m，炮孔近水平。底板爆破孔在巷道底角施工，其俯角为66º，孔深12 m，爆破区间为4～12 m。如图4。

图4 6307 顺槽底板爆破区间图（m）

（2）爆破施工参数

① 两帮及底板爆破钻孔同间距为8 m，两帮爆破孔距底板1.0～1.3 m。

4 结论

针对巷道底鼓治理问题，治理方案设计应结合实际工作面。在巷道高强度支护的基础上，底板卸固耦合技术从力源与发生条件上对底鼓灾害实现了有效控制。巷道深孔爆破减少了工作量，提高了卸压效率，有效地提高了巷道底鼓治理效率。在后续对6307 工作面回采过程中的综采支架压力、巷道变形等进行的监测，均未超过临界预警值，并且巷道变形量较小，巷道变形控制效果明显。如图5 ～图6。

图5 工作面综采支架阻力变化曲线

图6 工作面轨道顺槽两帮变形量