9402运输顺槽底鼓防治技术试验研究

2021-11-11侯艳峰

江西煤炭科技 2021年4期

侯艳峰

（山西兰花科技创业股份有限公司朔州分公司，山西朔州 036899）

现阶段我国东部及中部地区浅部煤炭资源已基本回采殆尽，已进入深部开采，而西部的山西、内蒙古、陕西以及新疆等矿区采深以8～12 m/a速度向下延伸，部分矿井现阶段开采深度已超过600 m［1-2］。随着矿井采掘深度增加，巷道围岩也由低应力向高应力状态转变。在高应力作用下巷道底板软弱时容易出现底鼓，从而给巷道正常使用带来制约。目前常用的底鼓防治技术有加固法、卧底法以及卸压法等［3-5］。其中加固法以底板注浆、底板锚杆加固等为主要措施，虽然可在一定程度上抑制底鼓发生，但是也存在投资大、材料消耗量高以及施工难度大等问题；卧底法适用底鼓的短时治理，后期底鼓容易反复发生，同时需要消耗较多的人力及物力资源；卸压法适用松动爆破、切缝等方式降低底板岩层应力集中程度，但是反复适用时会增加围岩塑形区范围，导致巷帮、顶板变形量加剧［6-8］。为此，文中以9402运输顺槽为工程背景，针对上覆采空区煤柱应力集中导致底鼓问题，结合加固法及卸压法对底鼓进行防治，现场取得较好的底鼓治理效果。

1 工程概况

9402运输顺槽掘进工作面位于四采区胶带巷东侧，北部为总回风巷，南部为实体，方位角112°18′。9402运输顺槽为矩形断面（宽×高=4 600 mm×3 300 mm），沿9#煤层顶板掘进，埋深平均443 m，采用锚网索联合支护。巷道直接顶板为1.3～2.0 m厚泥岩；老顶为1.80～15.06 m 厚K3中粗粒砂岩；底板为炭质泥岩、泥岩等。

9#煤层与上覆4#煤层层间距平均7 m，9402运输顺槽与上覆的4#煤层4402、4103 采空区煤柱（煤柱宽度30 m）水平错距为10 m，具体位置关系见图1。

图1 9402运输顺槽掘位置

受到上覆煤柱及采空区影响，9402运输顺槽围岩变形严重，底板出现明显的非对称底鼓显现，最大底鼓量达到750 mm。9402运输顺槽靠近上覆4#煤层煤柱侧顶板、巷帮变形量较大；而位于采空区侧巷帮未出现明显的变形。为此，为了控制巷道围岩变形，提出采用单体支柱、π型钢梁对围岩进行补强加固，具体加固后现场围岩变形情况见图2。

图2 运输顺槽超前支护段围岩变形情况

从图中看出，9402运输顺槽顶板在靠近煤柱帮、底板在靠近采空区帮变形严重，总体来说巷道围岩变形量较为严重，围岩变形呈现明显的非对称特征。对于巷道顶板可采取增加单体支护密度方式进行控制，但是由于巷道靠近采空区帮位置布置有带式输送机，因此需要采取针对性措施对底鼓进行治理。

2 底鼓防治技术

9402运输顺槽围岩变形呈现明显的非对称性，主要是由于靠近煤柱侧巷帮及底板内应力明显高于靠近采空区侧。根据现场围岩变形特征，综合使用钻孔卸压法及钻孔注浆加固法对巷道底鼓进行治理。具体措施为：在靠近煤柱侧底板采用钻孔卸压方法将围岩应力转移到深部，从而改善围岩受力环境；在靠近采空区侧底鼓量较大、应力相对较小，采用钻孔注浆加固方法控制围岩变形。

由于靠近采空区侧布置了带式输送机，为便于钻孔施工，在巷道中心位置向底板布置1 排加固钻孔，钻孔倾角为45°、钻孔深度为5.0 m，注浆钻孔孔径为42 mm，采用锚杆钻机即可施工。底板加固位置采用水泥单液浆进行加固，加固压力设计为5 MPa；卸压钻孔待加固钻孔施工且注浆完毕后开始施工。在靠近煤柱帮垂直底板施工1 排卸压钻孔，为了兼顾钻孔卸压效果以及钻孔施工难度，将卸压钻孔孔径设计为直径73 mm、孔深为2 500 mm；卸压钻孔以及加固钻孔间距均为3.0 m，具体布置见图3。

图3 卸压及加固钻孔布置

3 底鼓防治效果分析

为掌握底鼓控制效果，在超前采面300 m 范围内布置测站对底鼓变形量进行监测，具体测点布置见图4。布置的测站中1～2 号测站、3～4 号测站分别监测采动影响范围内、外的巷道底鼓变形情况，且1 号测站及3 号测站位置实施底鼓防治措施、2 号及4 号测站位置未实施。具体1～4 号测站监测结果见图5。

图4 测站布置

图5 1～4 号测站监测结果

从监测结果看出，当巷道受到回采影响时巷道底鼓变形量呈明显增加趋势，但是对底板实施底鼓防治措施后底板底鼓量明显更小，最大变形量控制在165 mm，巷道底鼓量可满足巷道后续使用需要；当巷道不受采动影响时底鼓变形量随着时间增加而增大，对底板底鼓进行防治后巷道底板变形量较小，且在措施实施20 d 后底鼓变形量基本趋于稳定，最大底鼓量控制在82 mm 以内。