深部综放工作面巷道底鼓控制技术研究

闫春光

（汾西矿业两渡煤业，山西 灵石 031302）

0 引言

近些年来，随着矿井煤炭产量不断增加、采掘深部不断加深，采掘作业受地质构造、瓦斯、水、粉尘等各因素影响更趋显著，回采巷道围岩控制较为困难[1-2]。采面回采巷道围岩变形量大、底鼓等问题会影响巷道正常使用，给煤炭安全高效回采工作带来威胁[3]。底鼓变形与巷道所处位置岩性、围岩支护方式以及应力分布状态等有关，是一个较为复杂的物理、力学过程[4-5]。根据有关研究成果显示，底鼓严重区域内巷道底鼓量占顶底板变形量的70%以上，如何实现巷道底鼓量有效防止是煤炭开采期间需重点解决问题[6-8]。山西某矿随着采深增加以及开采范围增大，多个综放工作面回采巷道出现底鼓变形量大问题，特别是采动影响区内底鼓影响更为显著，导致巷道有效使用断面缩小、通风阻力增大等问题，影响巷道正常使用以及采面回采。文中就以该矿21303 综放工作面底鼓防治为背景，根据采面回采巷道现场情况针对性提出底鼓控制技术，为采面煤炭高效开采创造了良好条件。

1 工程概况

21303 综放工作面设计开采13#煤层，煤厚均值6.4 m、倾角5～12°，赋存较为稳定，回采区域内地质构造不发育。21303 综放工作面采高2.8 m、放煤高度3.6 m，煤层顶底板以砂岩、泥岩、泥页岩等为主，具体顶底板岩性，如图1 所示。采面设计推进长度1 980 m、斜长为260 m，设计推进速度为12 m/d。

图1 13#煤层顶底板岩性

21303 综放工作面采面北侧已回采完毕的21301综放工作面采空区、南侧为圈定的21305 综放工作面待采区、西侧为13#煤层辅运大巷、东侧为采区边界。21303 综放工作面回采的13#煤层直接顶为泥页岩（厚度5.5 m）、底板为泥岩（厚3.5 m），顶底板均为承载能力较差的软岩且遇水容易膨胀变形。在21303 综放工作面回采期间回风巷底鼓严重，底鼓量最大超过520 mm，巷道底鼓量大严重制约采面安全回采。

2 回采巷道底鼓分析

2.1 巷道断面及支护参数

回采巷道围岩变形量与巷道断面积有密切关联，21303 综放工作面回采巷道设计为矩形断面，净宽×净高=3 300 mm×5 500，巷道断面积大导致顶底板位移量偏高，尤其是底板底鼓量占比较大。

回采巷道支护参数会直接影响围岩稳定性，若巷帮支护参数未能与围岩变形特征相适应性，势必会增大底板底鼓量。21303 综放工作面回风巷围岩采用锚网索梁支护方式，顶板布置5 根锚杆，靠近巷帮锚杆间距为1 400 mm、中部2 根锚杆间距为1 200 mm，锚杆排距均为1 500 mm；顶板布置4 根锚索，按照1 500 mm×1 500 mm 间排距布置;巷帮仅布置3 排锚杆，间排距为1 500 mm×1 500 mm，巷帮铺设的金属网未铺设到底,具体支护断面，如图2 所示。巷帮下部未支护范围裸露范围大，底板在高水平应力、高地应力等作用下容易沿着滑移面向巷道内挤出，导致严重底鼓问题。

图2 巷道原支护断面

2.2 周边开采及护巷煤柱宽度

21303 综放工作面北侧及南侧分别为采空区、未采煤层，在采空区侧向应力、采动压力叠加作用下导致巷道底鼓量增加。

保护煤柱宽度直接影响回采巷道与邻近采面间距离，进而决定采空区侧向支承应力对回采巷道影响程度。21303 回风巷底鼓最为严重段出现在错车硐室附近，受错车硐室影响煤柱宽度由18 m 缩小至9 m。

3 底鼓控制技术

21303 回风巷底板为承载能力较差的软岩，厚度均值3.5 m，回风巷道底鼓量整体较大。对回风巷围岩变形监测发现，巷道巷帮靠近底板位置底鼓量较大，巷道底板破坏较为严重，同时实体煤帮处煤壁出现破断片帮情况。根据围岩变形特征提出以卸压、加固为核心的底鼓防治技术，具体措施包括底板施工注浆钻孔增强底板承载能力、巷帮及底板布置卸压孔降低围岩应力集中程度、巷帮增设玻璃钢锚杆提高支护强度。

3.1 卸压钻孔布置

为有效控制巷道底板底鼓及巷帮片帮问题，在巷帮及底板均布置钻孔卸压。在巷帮位置布置两排卸压钻孔，卸压孔垂直巷帮煤壁布置，卸压孔直径为150 mm、间距1.5 m、深度8 m；在巷道底部中心位置施工一个卸压孔，钻孔垂直巷道底板布置，孔径150 mm、孔深4 m。为避免巷道水进入到底板卸压孔内，在卸压孔内采用碎屑进行充填。具体卸压孔布置，如图3 所示。

图3 卸压孔布置示意图

3.2 注浆加固

在巷道底板施工注浆钻孔，通过钻孔将注浆浆液压入到底板岩体裂隙中，增强底板岩体稳定性及承载能力，以便改善巷道底板受力条件。

巷道底板两侧靠近巷帮500 mm 位置施工2 个注浆钻孔，钻孔均有25°～30°外插角，钻孔深度为4 000 mm、孔径为42 mm，间排距为2 400 mm×1 500 mm。注浆浆液选用水泥单液浆，注浆压力3～5 MPa。

采用锚杆+锚索+金属网方式强化回风巷顶板、巷帮支护，在煤柱帮采用螺纹钢锚杆、采面帮采用玻璃钢锚杆强化支护；巷帮锚杆间排均为750 mm、排距1 500 mm；在巷道顶板靠近巷帮的锚杆、锚索间分别增设一个锚索进行补强加固，补强锚索间距为3 000 mm、排距为1 500 mm。具体底板注浆钻孔及围岩强化支护设计，如图4 所示。

图4 底板注浆钻孔及围岩强化支护示意图（单位：mm）

3.3 底鼓控制效果分析

采用卸压孔+底板注浆+强化围岩支护方式对21303 回风巷底板底鼓问题进行控制，并进行现场应用。对底鼓控制措施应用前后巷道底鼓量进行监测，具体监测结果，如图5 所示。从监测结果看出，底鼓控制措施应用前后底鼓量变化均呈现缓慢增加-快速增加-平稳趋势；在底鼓控制措施应用后30 d 内底鼓量缓慢增加，30～60 d 底鼓量快速增加，60～90 d 底鼓量平稳、基本不再增加；在底鼓治理措施应用前监测到底鼓量最大为262.3 mm 且底鼓量呈现缓慢增加趋势，底鼓治理措施应用后底鼓量最大为106 mm 且底鼓量基本不再增加，底鼓量较治理前降低约59.6%，现场采用的底鼓控制措施取得较为显著成果。

图5 底鼓量监测曲线

4 结语

1）21303 综放工作面回风巷在底板承载能力差、采动压力、采空区侧向应力以及地应力等因素叠加作用下出现巷道底鼓量大问题，在一定程度制约巷道使用及采面生产。根据巷道围岩变形特征并结合现场条件，提出采用卸压孔+底板注浆+强化围岩支护方式控制底鼓。

2）在巷帮靠近位置补打锚杆补强、在顶板靠近巷帮位置补打锚索补强，在采面帮及巷道底板布置卸压孔降低围岩应力集中程度，在巷道底板布置注浆孔强化底板岩体强度。

3）现场应用后，巷道底鼓问题得以较好解决，最大底鼓量控制在106 mm 以内，底鼓量较应用前降低约59.6%，实现了底鼓变形有效控制。