动压巷道底鼓机理及控制技术

杨飞飞

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

1 概况

山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿2042 巷为204 工作面、206 工作面共用回风巷（沿空留巷），巷道位于井田二采区左翼，巷道东部为井田边界，西部为830 系统大巷，南部为206 工作面，北部为202 工作面采空区。2042 巷设计长度为1775 m，巷道断面规格为宽×高=4.4 m×2.9 m，巷道掘进煤层为9#煤层，平均厚度为2.8 m，平均坡度为4°。9#煤层无伪顶，直接顶主要以泥岩及砂岩混合岩层为主，岩层裂隙发育，平均厚度为4.3 m；基本顶主要以细砂岩为主，平均厚度为7.8 m；直接底主要以炭质泥岩为主，平均厚度为3.2 m。

204 工作面已回采120 m，206 工作面正处于准备阶段。据现场观察发现， 2042 巷距工作面18 m处开始出现底鼓现象，最大底鼓量为0.32 m。随着工作面推进，2042 巷底鼓现象更为严重，最大底鼓量为0.75 m，底鼓段长度达31 m，且两帮出现片帮、移近现象，最大片帮深度1.2 m，最大移近量0.69 m。受底鼓影响，204 工作面在回采过程中不仅移架困难，加大了沿空巷预留难度，而且底鼓后很容易造成巷道围岩失稳，甚至发生顶板垮落、大面积片帮等重大安全事故。

2 2042 巷底鼓机理分析

（1）集中应力影响

受超前回采应力、断层构造应力以及206工作面初次来压等集中应力影响，2043 巷在435～479 m 段围岩受力破坏严重，巷道底板受力鼓起，局部断裂。

（2）巷帮围岩稳定性差

2042 巷两帮主要为204、206 工作面回采煤柱，2042 巷在掘进时受构造应力、巷道开挖应力等产生初次破坏作用，当工作面回采时受回采应力二次破坏作用，导致F6 断层附近巷帮稳定性差、破坏严重，巷帮对回采期间产生的集中相向水平张拉破坏力，传递至底板并在底板断裂处释放，致使底板鼓起、破碎。

（3）底板软化失稳

2042 巷底板主要以黑灰色炭质泥岩为主，该岩体呈脆性，岩体单轴抗压强度不足25 MPa，当巷道受集中应力作用时两帮煤柱对底板产生剪切破坏作用，底板整体稳定性差。在F6 断层裂隙带处局部淋水，最大淋水量为2.1 m3/h，进一步弱化了炭质泥岩强度，导致两帮失去了底板约束作用，两帮煤柱压入底板，致使巷帮与底板同步变形。

3 2042 巷底鼓联合控制技术

为了解决2042 巷底鼓问题，提高巷道成型率，保证工作面安全快速推进，决定对2042 巷底鼓段采取“注浆加固+水力膨胀锚杆+注浆锚索”联合控制技术。

3.1 注浆加固巷帮

（1）现场观察发现，2042 巷底鼓段两帮煤柱片帮以及收缩位置主要位于巷道底板往上1.5 m 范围内，最大片帮深度1.2 m，最大巷帮收缩量0.69 m。两帮片帮、破碎是造成巷帮失稳的主要原因，应采取巷帮注浆加固措施。

（2）从2042 巷440 m 处依次对巷道两帮施工注浆钻孔，采用YT-28 型钻机配套棱形钻杆以及一字型钻头施工钻孔。钻孔布置在巷帮距底板1.5 m处，钻孔直径为45 mm，深度为3.0 m，间距为3.0 m，钻孔俯斜向下与巷帮夹角为45°。水力膨胀锚杆支护原理如图1。

图1 水力膨胀锚杆支护原理示意图

（3）钻孔施工完后，钻孔内埋入直径为25 m注浆软管，软管外露段与ZBQ50/6 气动注浆泵连接，进行注浆施工。为了缩短浆液凝固时间，提高注浆影响范围，注浆液采用聚氨酯粘合剂。该化学注浆材料具有渗透力强、裂隙填充效果好、凝固时间短等优点。

3.2 施工水力膨胀锚杆

（1）水力膨胀锚杆施工原理：水力膨胀锚杆主要是采用柔性可变形材质制成的钢锚杆，锚杆外径大于钻孔直径，通过高压水力作用使膨胀锚杆永久变形，锚杆膨胀变形后对锚杆四周岩体产生较大的围岩应力，从而抑制围岩裂隙发育；同时锚杆膨胀后会在轴向产生收缩变形，从而对托盘产生主动预紧作用，实现底鼓控制的目的。

（2）水力膨胀锚杆组成：2042 巷底鼓段采用的水力膨胀锚杆长度为1.5 m，锚杆成凹状型，锚杆内径为25 mm，膨胀后直径为32 mm；每排锚杆配套一根梯形梁，梯形梁由3 根直径为14 mm、长度为4.0 m 圆钢焊接而成。

（3）施工工艺：① 首先对巷道底鼓段进行起底施工，起底深度0.8 m，起底后保证起底面平整。② 起底后采用风动手持式钻机对底板施工锚杆钻孔，每排5 个钻孔（1#～5#），钻孔深度为1.5 m，直径为28 mm，间距为0.9 m，排距为2.0 m。其中1#、5#钻孔与底板夹角为60°，2#、4#钻孔与底板夹角为75°，3#钻孔垂直底板布置，如图2；③ 钻孔施工完后，安装水力膨胀锚杆，在锚杆外露端安装一根梯形梁，然后采用高压水枪对水力膨胀锚杆进行高压注水使其膨胀，注水压力为3.5 MPa。

3.3 施工注浆锚索

（1）水力膨胀锚杆施工完后，在起底处施工一排注浆锚索钻孔。每排施工两个，钻孔间距3.0 m，排距2.0 m，钻孔直径为30 mm，深度为3.0 m。

（2）锚索钻孔施工完后，安装一根长度为3.8 m、直径为17.8 mm 预应力钢绞线，每一根锚索上捆绑一根直径为10 mm 注浆软管，并将注浆软管与砂浆泵连接进行注浆施工。注浆材料采用砂浆与水玻璃混合浆液，注浆深度为2.5 m。

（3）注浆锚索安装后，对起底段进行混凝土浇筑。当混凝土浇筑高度达到0.6 m 时，在同一排注浆锚索外露段安装一根长4.0 m、宽0.15 m的槽钢，并采用锁具进行预紧。槽钢安装后，继续浇筑直至浇筑面与设计巷道底部面平整。

图2 2042 巷底鼓区联合控制技术施工断面示意图

4 结 语

对2042 巷底鼓段采取“注浆加固+水力膨胀锚杆+注浆锚索”联合控制技术后，巷道底鼓现象得到了有效控制，最大底鼓量为0.27 m，保证工作面安全快速推进，取得了显著应用成效。

（1）对巷帮煤柱注浆加固后，提高了煤柱整体稳定性及煤柱抗压能力，通过煤柱岩体采集分析发现，注浆后煤柱单轴抗压强度提高至51.7 MPa，是原岩体强度的2 倍；注浆后煤柱片帮及收缩现象得到有效控制，最大片帮深度不足0.4 m，最大移进量为0.24 m。

（2）对底鼓段施工水力膨胀锚杆，解决了传统锚固锚杆在裂隙区锚固效果差、支护效果不明显等技术难题。现场观察发现，采取水力膨胀锚杆后，底鼓区裂隙发育速度明显降低，对岩体裂隙起到了有效的抑制和控制作用。

（3）通过对底鼓段采取注浆锚索，提高了不稳定底鼓岩层与深部稳定岩层胶结稳定性，防止底板岩体出现剥离破坏。