張樹勇

（新礦內(nèi)蒙古能源有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂托克前旗 016200）

軟巖巷道支護是礦井生產(chǎn)中尤為棘手的技術難題，若巷道支護方式不合理，圍巖將產(chǎn)生劇烈變形破壞，影響礦井生產(chǎn)。當巷道底板巖性為泥巖等軟巖時，受應力擾動已出現(xiàn)嚴重的底鼓現(xiàn)象，巷道底鼓甚至可占頂?shù)装逡平康?/3至3/4。若巷道底鼓問題無法有效解決，將會影響礦井正常生產(chǎn)，制約礦井生產(chǎn)能力。若巷道底鼓量較大導致巷道斷面過小，不僅限制井下正常運輸，還會降低通風能力，威脅礦井生產(chǎn)安全。因此，需研究并提出巷道底鼓變形機理及控制技術，加強對底板圍巖的控制效果，有諸多學者曾對此進行了研究[1-4]。

為解決長城礦1901N輔助運輸巷底鼓難題，本文分析了巷道底板機理，提出了底鼓控制技術，并進行工業(yè)性試驗驗證底鼓控制技術有效性。

1 工程背景

1901N運輸巷為一采區(qū)回采巷道，擔負采面生產(chǎn)期間的運輸、通風、行人及管路敷設等任務，巷道長度為1560 m。上覆1301N里工作面正在回采，南側1302N面正在回采，東、西兩側均未開拓。地面標高為+1215 m，井下標高為+812～ +890 m，巷道埋深平均366 m。巷道頂板巖性較好，為灰?guī)r頂板，底板以砂質泥巖、泥質粉砂巖為主，屬軟弱巖石，遇水易膨脹。巷道頂?shù)装遒x存情況見表1。由于9#煤層頂板存在砂巖裂隙水，受工作面采動影響巷道頂板存在淋水現(xiàn)象，巷道底板遇水泥化膨脹，加之工作面采動應力擾動影響，巷道底板變形明顯。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征

1901N運輸巷采用梯形斷面，巷寬×巷高=4.6 m×3.5 m。原支護參數(shù)為：頂部選用5根規(guī)格為Φ18 mm×4000 mm錨索，間排距1000 mm×1100 mm；非回采側幫部采用4根Φ20 mm×2200 mm樹脂錨桿，間排距800 mm×1100 mm，頂板肩窩增設1根Φ18 mm×4000 mm錨索；回采側幫部采用3根Φ20 mm×2200 mm樹脂錨桿，間排距1200 mm×1100 mm。原支護情況如圖1。

圖1 1901N運輸巷原支護布置圖

原支護方案下1901N運輸巷底板圍巖變形破壞明顯，底鼓量較大，經(jīng)歷多次臥底返修仍難以控制，嚴重影響礦井產(chǎn)能，亟需提出支護優(yōu)化方案以控制底鼓現(xiàn)狀。

2 巷道底鼓變形機理及控制技術

2.1 巷道底鼓機理

巷道底鼓是高應力軟圍巖巷道普遍發(fā)生的變形破壞形式，某些礦井巷道底鼓量甚至可達頂?shù)装逡平康?0%，嚴重影響巷道整體穩(wěn)定。底鼓的發(fā)生機理錯綜復雜、難以確定，由于理論的應用局限性，很難通過某一種理論能夠闡述清晰，需結合實際情況進行分析。根據(jù)已有研究成果，底鼓機理可分為四種：

（1）擠壓流動型

當?shù)装鍘r層為巖性非常軟弱的巖石，且其強度同頂板和兩幫相比明顯較低時，底板承受的應力超出了其承受極限發(fā)生破壞，被擠壓流動到巷道內(nèi)部發(fā)生底鼓，此類型屬于擠壓流動型。

（2）撓曲褶皺型

若底板巖層為層狀結構，受水平應力作用時，由于巷道內(nèi)側沒有反向力作用，底板向中部發(fā)生撓曲褶皺形成底鼓。

（3）遇水膨脹型

當?shù)装鍘r層具有遇水膨脹性，受礦井水的侵蝕作用后，其體積會膨脹增加，同時力學強度降低，此種情況形成的底鼓屬于遇水膨脹型。

（4）剪切錯動型

剪切錯動型底鼓發(fā)生原因主要是高應力環(huán)境。在高應力的作用下，底板巖層難以保持初始狀態(tài)出現(xiàn)變形破壞，形成剪切破壞帶。若不及時采取控制措施，破壞程度不斷加深，底板發(fā)生錯位移動，形成巷道底鼓。

底鼓是由多種因素作用引發(fā)的，主要包括底板巖性、巖層的應力狀態(tài)及巷道圍巖支護強度等因素。

（1）底板巖性

1901N運輸巷底板為砂質泥巖，含高嶺石、伊利石等軟弱且遇水易膨脹的巖體，在頂板淋水作用下底板巖層遇水膨脹致使底鼓發(fā)生。

（2）采動影響

在工作面開采擾動作用下，覆巖重力載荷及超前集中應力向底板傳遞，在鄰近采空面殘余支承壓力的共同作用下，1901N運輸巷底板發(fā)生嚴重的變形破壞。

（3）支護參數(shù)合理性

1901N運輸巷原支護方案基本未考慮對巷道底鼓的控制，底板未布置支護結構，因此難以避免巷道底鼓的發(fā)生。

2.2 巷道底鼓控制技術

國內(nèi)礦井在底鼓治理方面已有豐富的經(jīng)驗并提出了較為成熟的巷道底鼓控制技術，根據(jù)巷道的用途、服務年限、圍巖性質等條件的不同，提出了針對性的治理技術，并取得了較好治理效果。

（1）臥底+防水

該方法在回采巷道應用廣泛，由于回采巷道服務年限短，采動影響程度較高，底板變形嚴重，通常在底鼓地段通過臥底暫時解決底鼓問題，保證巷道的正常使用。在巷道內(nèi)通過廢舊皮帶施工臨時排水溝，避免污水在底板聚集，將生產(chǎn)廢水引至巷道的排水溝中，避免底板泥巖遇水軟化現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）施工底板錨桿

合理的巷道支護參數(shù)是影響巷道圍巖控制效果的關鍵要素。錨桿及錨索支護可明顯提升采動巷道圍巖的抗擾動能力，一方面可以連接軟弱底板巖層與其下部穩(wěn)定巖層，形成承載整體，抑制軟弱巖層向上鼓起；另外可以將底板巖層組成組合梁結構，其整體承載能力要大于單一巖層承載能力的總和。

（3）施工反底拱

若巷道底板圍巖極為破碎，承載能力較差，且服務時間較長，臥底、注漿等方式底鼓控制效果不明顯時，可通過在底板施工反底拱，提高底板的整體抗底鼓的能力，避免因巷道的頻繁返修影響巷道的正常服務。

3 工程應用及效果分析

3.1 支護優(yōu)化方案

針對1901N運輸巷底鼓情況提出支護優(yōu)化方案，設計在底板臥底后布置5根Φ20 mm×2200 mm螺紋鋼錨桿，間排距1000 mm×1100 mm，同時在巷道底板施工反底拱，設計拱矢高為400 mm，厚度為300 mm，選用C30混凝土，巷道支護工作完工后再對巷道表面進行整體噴漿，噴漿厚度為80 mm，選用C20混凝土。優(yōu)化后的支護參數(shù)如圖2。

圖2 底鼓變形控制支護優(yōu)化方案

3.2 底鼓控制效果分析

為證明提出的支護優(yōu)化方案對巷道底鼓的控制成效，在1901N運輸巷設置了試驗段進行工業(yè)性試驗。同時布置了4個圍巖變形監(jiān)測測點，監(jiān)測采動超前影響范圍內(nèi)和影響范圍外支護優(yōu)化方案的底鼓控制效果，并同原支護方案下底鼓情況進行對比。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，采動超前影響范圍外，采取底板錨桿和反底拱加固措施后，與采取底鼓加強控制段巷道相比，巷道底鼓顯著降低，且19 d后加固段巷道底鼓量增長速度放緩，底鼓變形趨于穩(wěn)定，而未采取加固控制段巷道變形量保持恒定變形速度持續(xù)增長；當巷道在采動超前影響范圍內(nèi)，加固段巷道與未進行底鼓加固控制段巷道相比底鼓量較小，表明底鼓控制技術能夠有效控制巷道底鼓變形。巷道底鼓結果如圖3。

圖3 底鼓量監(jiān)測結果

4 結 論

（1）為解決長城煤礦1901N運輸巷底鼓變形嚴重問題，保證巷道的正常使用，提出采取底板錨桿和反底拱控制底板變形。

（2）巷道變形觀測結果證明，底板錨桿+反底拱底鼓控制技術可有效控制底板變形鼓起，保證巷道正常使用，推動礦井安全高效生產(chǎn)。