采空侧动压回采巷道底鼓机理分析及防治技术

刘长源 赵天佑

（中煤平朔集团有限公司生产技术管理中心，山西 朔州 036006）

伴随矿井开采深度和强度的不断增加，井下巷道发生底鼓动力现象的频次也越来越高。巷道底鼓变形后，断面积减小，不仅影响巷道正常使用，制约矿井高产高效，也对矿井的安全生产构成了威胁[1]。回采巷道由于受复杂围岩条件、采动压力叠加影响，底鼓问题越发严重，需要进一步分析研究底鼓发生机理，尽快找到有效的控制方法。

1 工程概况

井工一矿9110 工作面布置在太西采区9 号煤层中，工作面上部为4110 工作面采空区，东部是三条大巷及保护煤柱，南部为设计回采的9111 工作面（实体煤），西部为地表物探小窑破坏区，北部与9109工作面采空区相邻。工作面采用倾斜长壁后退式采煤方法，综采放顶煤回采工艺。工作面面长240 m，走向长度3150 m，煤层均厚在11.9 m，煤层倾角1～5°，平均埋深为310 m。煤层直接顶为0～3.73 m、平均1.6 m 厚的泥岩、炭质泥岩、高岭石泥岩互层，基本顶为2.9～13.13 m、平均7.83 m 厚的泥岩、砂质泥岩互层，直接底为1.47～3.48 m、平均3.19 m 厚的砂质泥岩。

9110 辅运巷沿9 号煤层底板掘进，巷道掘进宽度为5.2 m，高度3.5 m，北部与9109 工作面采空区间隔煤柱宽度20 m，在掘进期间有轻微底鼓。9110 工作面回采期间，由于受到采动支承压力的影响，9110 辅运巷在工作面前方约50 m 范围内出现了严重围岩变形，顶板下沉，两帮缩进，特别是临空侧巷帮破碎，形成大量网兜，巷道底板大范围、长距离底鼓严重，最大底鼓量超过520 mm，严重阻碍巷道运输通行等正常需求及安全生产。

2 采动回采巷道底鼓类型和机理分析

2.1 底鼓类型分析

根据现有资料研究分析，对于采动影响下回采巷道底鼓类型以挤压流动型底鼓为主[2]。

布置在煤层中的工作面回采巷道，通常围岩力学性质及强度相对较差。受工作面采动影响，巷道围岩在支承压力作用下，严重破损，巷道整体处于松散、破碎的煤岩体环境中。普遍情况下，强度稍低的巷道两帮首先被严重破坏，随着工作面回采动压影响，集中在巷道两帮的应力向围岩深部转移，挤压底板周围破碎岩层岩体向巷道内流动，从而形成巷道挤压流动型底鼓[3]。

2.2 底鼓机理分析

受上区段9109 工作面回采影响，产生在隔离煤柱中的上覆岩层超前支承压力及侧向支承压力，使得强度较弱的煤体巷帮发生破裂，并且破坏程度明显大于底板。回采下区段9110 工作面时，形成的二次回采超前支承压力与一次回采后的剩余支承压力对巷道围岩形成叠加作用，促使围岩变形进一步加快。两帮煤岩体破损范围逐渐增大，这就使得上覆岩层的集中应力及重力经过两帮传送到巷道底板，当超过底板极限承载力时，底板岩层将沿滑移线向巷道内挤压，发生底鼓[4]。

3 底鼓防治技术措施

通过对回采巷道底鼓机理的分析，发现9110 辅运巷产生底鼓的本质因素是巷道围岩应力大和围岩力学性能差。因此，治理这类底鼓的关键点在于如何提高围岩抗变形能力以及改进支护方法[5]。决定采用“起底+顶帮底联合加强支护+超前支护+底板防水”的综合防治技术措施，延缓巷道底鼓发生。

（1）起底

利用检修班时间，集中安排工人用风镐等工器具对9110 辅运巷工作面前方约50 m 范围进行起底。起底高度满足工作面前后部刮板运输机推移、支架移架及行人运料即可，既不占用生产时间，也减少工作量。

（2）顶帮底联合加强支护

① 在动压影响区域，补打顶板锚索，使用1×19 股、直径21.8 mm 的大延伸率专用钢绞线，配套拱形可调心（调心球垫）锚索托板，锚索安装初始张拉力控制在250～300 kN 之间。间排距根据围岩条件确定，控制在1.2～2.0 m 之间。

② 在巷道煤柱帮靠中部位置分别打设1 根直径21.8 mm、1×19 股的帮锚索，锚索长度4.3 m，配拱形托板。帮锚索距底板高度不大于500 mm，排距2 m，垂直于巷帮表面打设。

③ 在巷道两帮现有帮网支护的基础上，增加铺设菱形金属网到底，确保巷帮无裸露；补打巷道底角锚杆，和水平面的夹角是45°，采用“锚杆+W钢护板”形式，对巷帮底部围岩进行维护。

通过对顶部、帮部加强支护，改良了巷道周围岩层的物理力学特性，增强了自身强度以及承载能力，提升了稳固性。对底部帮角增设锚杆锚网补强支护，使得浅部岩层可以保持相对稳定平衡，最后逐步组成承载能力较强的整体结构，使得巷道的稳定性得到加强。

（3）超前支护

在原9110 辅运巷超前掩护支架20 m 支护范围外，增加“单体支柱+钢梁”超前支护，一梁两柱，排距1 m，延伸支护长度50 m。根据现场围岩变形情况，动态增设单体支柱，变为一梁三柱等密集支护形式，或加设木垛支护，减缓顶板下沉，减少应力向两帮及底板传递。

（4）底板防水措施

9 号煤层巷道底板以砂质泥岩为主，局部底板为1.47～3.48 m 薄层泥岩。在掘进及回采期间，由于岩层裂隙水、洗巷水或管路跑冒滴漏等产生的污水渗透进入底板，底板岩层浸水后体积会发生扩胀、强度弱化等问题。通过采取及时疏导清理两帮水沟、人工清扫巷道、加强管路检修等措施，减少了底板泥岩与巷道底板积水接触时间，改善了底板赋存环境，提高底板强度和稳定性。

4 底鼓控制效果

底鼓防治技术措施在 9110 综放工作面辅运巷进行了200 m 的工程试验，同时展开矿压观测工作，主要观测巷道顶底和两帮的围岩变形情况。现场实测结果显示：随着工作面推进，巷道顶板下沉量和两帮缩进量显著收缩，累计下沉量为127 mm，缩进量为317 mm；巷道底鼓量及底鼓速率都较小，最大底鼓量234 mm，最大底鼓速率39.5 mm/d。围岩变形量相比原先明显减小，底鼓变化量及变形速率都在可控制范围内。

由此可见，采取围岩联合加固、超前支护、底板防水等综合治理措施后，巷道围岩的强度和抗变形能力显著提升，巷道底鼓变化趋势减弱，底板逐渐稳定，减少了起底、刷帮等工作量，在不返修或局部少量返修的情况下，满足了工作面生产期间相关使用要求。