兑镇煤矿31102工作面顺槽底鼓原因分析及控制

康继忠，吴雪飞

（山西离柳焦煤集团有限公司，山西 吕梁 033000）

兑镇煤矿31102工作面顺槽底鼓原因分析及控制

康继忠，吴雪飞

（山西离柳焦煤集团有限公司，山西 吕梁 033000）

通过分析兑镇煤矿31102工作面巷道出现严重快速底鼓现象的原因，提出了采用锚网索耦合支护技术控制巷道底鼓的方案。

耦合支护；底鼓；控制

1 兑镇煤矿31102采煤工作面概况

31102 工作面位于兑镇煤矿三采区东翼，工作面两巷沿煤层掘进，留有0.8 m～1.2 m的底煤。31102工作面开采10号～11号合并层，平均厚度7.24 m，煤层普氏系数f=1.5～2，煤层埋藏稳定，结构复杂，含有0.05m～0.20m数层夹石。9号煤层厚度1.59m，与合并层间距在0.7 m～1.1 m，岩性为泥岩，9号煤直接顶为K2灰岩，坚硬，但大多数薄层存有伪顶，易跨落；合并层10号～11号煤直接底为粘土泥岩，遇水膨胀。31102工作面采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤工艺。工作面顶板控制采用全部垮落法控制顶，采空区顶板随着支架前移自行垮落充填。

2 底鼓原因分析

兑镇煤矿三采区多个工作面顺槽巷道均发生了底臌现象，其中31102采煤工作面顺槽巷道底臌现象最为明显，其发生的主要原因有以下4点：

（1）人为采掘使得处于平衡的围岩应力破坏，通过人工支护保持这种应力处于平衡状态，刚性的人为支护暂时阻止了明显的变形，内部蠕变通过底板慢慢的释放；巷道的两帮和顶板都有锚网支护，而巷道底板没有采取任何形式的支护措施。而且巷道底板下面有0.8 m～1.2 m煤层，煤层相对于岩层强度低，自身的承压能力低，在围岩的高应力条件下产生底板变形底鼓。（2）煤柱的留设宽度也是产生底鼓的一种原因，一般说来煤柱留设宽度增大，煤柱传递给底板的力增加。31102工作面运输顺槽与相邻的31104工作面运输顺槽之间煤柱为39 m，31102工作面回风顺槽与相邻的31105工作面运输顺槽间煤柱为27m。（3）巷道布置的位置，31102工作面部分巷道布置在褶曲地带，使得弹性变形能得不到有效释放，可能在围岩体两帮产生挤压变形，之后能量进一步向底板转移，促使底板抬高、鼓出。（4）31102工作面回风顺槽的淋水，对整个底板的应力场造成了较大的影响，顶板和巷帮的流水使得巷道经常积水，底板的煤和铝土泥岩浸水后强度有一定程度的弱化，容易破坏产生底鼓。

3 巷道底鼓控制设计

3.1 设计思路

31102 工作面顺槽巷道出现底鼓主要原因是由于上覆岩层应力造成的，可通过增加巷道顶板的整体性来控制巷道底鼓。通过加强巷道顶板的整体性，接近原岩应力，可以从根源上抑制底鼓的产生。

3.2 设计方案

增加巷道顶板的整体性，可采用对巷道顶板实施耦合支护来实现。对巷道顶板实施耦合支护后，由于锚索的挤压加固作用和组合梁(拱)作用，提高了顶板岩梁的强度和弹性模量，从而大大改善了顶板的稳定性，减小了直接顶通过两帮传递到底板的压力，有效缓解了巷道底鼓的发生。见图1。

3.3 31102工作面顺槽巷道锚网索耦合支护设计

3.3.1 锚杆支护参数计算

根据三采区31102工作面两巷地质条件，依据悬吊理论计算锚杆支护参数。悬吊理论进行锚杆支护长度L，计算公式为：

式中：L为锚杆长度，m；L1为锚杆外露长度，取100 mm；L2为锚杆锚固长度，取1300 mm；L3为锚杆有效长度，取800mm。

代入公式 (1)计算得到锚杆的长度L为2200 mm。按照理论计算，锚杆长度L为2200mm。

图1 顶板锚索耦合支护控制力学模型

锚杆直径由下式得出：

式中：d为锚杆直径，m；Q为锚杆锚固力，取0.180MN；σt为杆体材料的抗拉强度，取498MPa。

按照理论计算，代入公式(2)，计算可得锚杆直径d为22mm。

锚杆的间排距由公式（3）给出：

式中：K为安全系数，取5.3；γ为不稳定岩层平均重力密度，取0.025MN/m3。

根据数值模拟计算结果，得到锚杆间排距a为1.02m。按照上述理论计算，三采区31102运输巷锚杆的间排距取900 mm×1000 mm。根据数值模拟计算结果，31102材料巷安全系数取煤柱集中应力系数大约7.0，不稳定岩层平均重力密度取0.025 MN/m3，代入公式（3），得到材料巷锚杆间排距：

按照上述理论计算，由于三采区31102材料回风巷巷道顶板的宽度为2.89 m，故顶板锚杆的间排距为850 mm×1000 mm。

3.3.2 锚索参数计算

根据锚索支护设计的原则，锚索支护应在关键部位出现时的最佳支护时间对关键部位进行加强支护。锚索参数由以下公式确定：

式中：L为锚索总长度，m；La为锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，m；Lb为需要悬吊的不稳定岩层厚度，m；Lc为上托盘及锚具的厚度，m；Ld为需要外露的张拉程度，m。

根据三采区31102工作面地质条件，锚索锚固长度为1.5m，需要悬吊的不稳定岩层厚度4.5 m，上托盘及锚具的厚度取0.1m，需要外露的张拉程度0.2 m。代入公式（4），得到锚索L的长度为6.3 m，即6300mm。

4 巷道底鼓控制效果

巷道表面位移是反映巷道围岩稳定状况的综合指标。从31102工作面顺槽累计表面位移随时间变化情况可以看出31102工作面实施新型耦合支护技术后，累计顶底板移近量59 mm，两帮移近量55 mm。可以看出31102工作面顺槽巷道围岩应力重新分布，巷道周边围岩通过变形实现应力释放，达到新的应力平衡。从现场观测可以看出，巷道顶、底板移近量中，顶板下沉量占主要部分，巷道底鼓量很小，表明31102工作面顺槽在实施高强锚网索治理技术后较好地控制了巷道底鼓。在实施耦合支护技术后，31102工作面顺槽帮顶及底板变形均得到有效控制。

Cause Analysis and Control of Crossheading Floor Heave on31102 Working Face in Duizhen Mine

KANG Ji-zhong,WU Xue-fei
(Shanxi Liliu Coking Coal Group,Lvliang Shanxi 033000)

On the cause analysis of serious floor heave in roadways of31102 working face in Duizhen Mine,the paper presents bolt-net-anchor coupling support to control the floor heave.

coupling support;floor heave;control

TD82

A

1672-5050（2012）09-0066-02

2012-04-19

康继忠（1971—），男，山西柳林人，硕士，工程师，从事煤矿安全生产管理工作。

刘新光