元甲煤业应用卸压法治理回风巷道底鼓实践

马岗

（西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 古交 030205）

1 工程概况

山西乡宁焦煤集团元甲煤业有限公司目前主采的是5#煤层，煤层平均埋深675 m，平均厚度2.4 m，平均倾角为8°。如表1所示，5#煤层顶板岩层以砂质泥岩、泥岩及细砂岩为主，底板岩层以砂质泥岩、中砂岩为主。在回采5#煤层过程中，发现回采巷道底板岩层变形量较大，底鼓严重，给工作面行人、运输及安全生产带来很多困难。

表1 煤层顶底板岩性

2 底鼓分析

1）原岩应力测试。造成巷道底鼓的原因很多，如底板岩层岩性较差、巷道积水严重、高地应力[1-4]等。元甲煤业5#煤层底板岩层以砂质泥岩和中砂岩为主，为中等稳定底板，且矿井突水量划分类别为简单，巷道并无明显积水，考虑到5#煤层埋深较大，因此高地应力很可能是引起巷道底鼓的主要原因。为掌握5#煤层地应力情况，根据井下现有巷道布置情况及地质条件，在现场进行原岩应力测试，即确定在北回风巷西段位置布置两个原岩应力测试点，地应力测点布置如表2所示。

表2 地应力监测点

原岩应力测试设备主要由以下几部分组成：空芯包体应力传感器、数显应变仪、后期数据处理软件及相应的施工工具，其中空芯包体应力传感器如图1所示。

图1 空芯包体应力传感器

2）地应力分析。将现场监测数据导出，绘制出原岩应变解除曲线如图2所示。

图2 原岩应变解除曲线

通过地应力监测设备相应计算机软件对现场监测数据进行分析，可以得到地应力大小及方向如表3所示。

表3 地应力大小及方向

根据现场地应力监测结果，σ1、σ2、σ3均为压应力，其中最大水平应力为σ1，应力值为39.08 MPa，方位角为293.5°，最小水平应力为σ3，应力值为12.83 MPa，方位角为203.1°。经计算侧压系数λ=σ1/σv=1.52。整体来看，地应力呈现σ1＞σ2＞σ3的应力特点，说明在5#煤层开采过程中所受的应力场以水平应力为主。因此，验证了前述关于水平主应力是导致巷道底鼓的主要影响因素的观点是正确的。

3 应用实践

通过前述分析，确认高地应力为引起巷道底鼓的主要影响因素。经技术论证，确定采用卸压法对巷道底鼓进行治理，即拟定在回采巷道掘进过程中，选择在巷道底板开挖卸压槽。

以元甲煤业50107回风巷为工程背景进行施工设计。50107回风巷断面尺寸为：宽×高=4.6 m×2.9 m。在巷道底板1/3位置布置卸压槽，卸压槽尺寸为宽×深=300 mm×1 500 mm，为避免卸压槽对巷道运输及行人造成影响，在卸压槽上设置一个盖板，如图3所示。

图3 卸压槽

在50107回风巷掘进过程中，为避免卸压槽施工与掘进工作面相互干扰，在滞后掘进工作面100 m位置进行卸压槽施工，采用KCJ-20/300矿用智能型开槽机开挖300 mm×1 500 mm卸压槽，并及时加盖300 mm×200 mm的方形盖板，以免影响行人及运输。

4 矿压监测分析

为验证卸压槽治理巷道底鼓的效果，对50107回风巷进行矿压监测，在现场布置矿压综合测站，对巷道围岩变形量及锚杆（索）受力进行现场监测。现场监测结果如图4所示。

图4 现场矿压监测曲线

如图4（a）、4（b）所示，当巷道围岩稳定后，顶板下沉量最大值为130 mm，底鼓量最大值为33 mm，左帮变形量最大值为195 mm，右帮变形量最大值为200 mm。在巷道掘进过程中，在工作面掘进15天内时，顶板下沉量增长较快，18天后，顶板岩层逐渐趋于稳定状态；在工作面掘进9天内时，底鼓量增长较快，12天后，底板岩层逐渐趋于稳定状态；巷道两帮变形量在掘进15天范围内增长较快，21天后两帮逐渐趋于稳定状态。如图4（c）-4（f）所示，顶板锚索在工作面掘进后12天内荷载增长较快，24天后，顶板锚索所受荷载趋于稳定，最终所受荷载为212 kN；顶板锚杆在工作面掘进后15天内所受荷载增长较快，同样在24天后趋于稳定，最终所受荷载为123 kN；巷帮锚杆在工作面掘进后9天内所受荷载增长较快，27天后趋于稳定，最终左帮锚杆所受荷载为160 kN，右帮锚杆所受荷载为199 kN。

通过现场监测数据显示，对巷道底板施工卸压槽后，巷道顶板下沉量及两帮变形量与之前临近回采巷道未施工卸压槽时变形量相差不大，顶板锚杆（索）及巷道两帮锚杆所受荷载也无明显差别，但是底鼓量却明显降低。实践表明对巷道底板施工卸压槽并未破坏巷道围岩原有稳定状态，反而对底板岩层的卸压效果良好，说明对巷道底板施工卸压槽，对于治理因高地应力造成的巷道底鼓效果显著。

5 结语

以元甲煤业5#煤层为工程背景，通过现场地应力测试，确认引起5#煤层回采巷道底鼓的原因是高地应力。因此拟定对巷道底板采用卸压槽卸压技术治理巷道底鼓，并在50107回风巷进行工业性试验。实践中，选择在50107回风巷滞后掘进工作面100 m、在巷道底板1/3位置施工宽×深为300 mm×1 500 mm的卸压槽，为避免卸压槽影响行人及运输，在卸压槽上加盖300 mm×200 mm的方形盖板。为验证卸压槽治理底鼓的效果，在50107回风巷布置矿压监测点，监测结果表明，施工卸压槽对巷道顶板及两帮岩层变形量及锚杆（索）影响不大，但是巷道底鼓量明显降低，卸压效果良好。