回采动压影响巷道底鼓防治

李志刚

（天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

回采动压影响巷道底鼓防治

李志刚

（天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

针对某矿工作面巷道受回采动压影响发生底鼓的具体情况，分析了巷道底鼓的主要原因，设计了巷帮加强支护与新开卸压槽联合控制底鼓的措施，通过现场工程试验，解决了工作面巷道底鼓严重的问题，总结了巷道加固段底鼓防治的效果，为该类巷道底鼓治理提供了成功的施工经验。防治结果表明:巷道无措施加固段底鼓量是巷道加固试验段底鼓量的1.7倍，有效降低底鼓变形量47%。

动压影响;底鼓;卸压槽;锚杆锚索;井下试验

巷道底鼓是巷道围岩变形和破坏的一种主要方式。大量的实测资料表明，巷道底鼓量可占到巷道顶底板移近量的70%左右［1－2］。回采巷道的底鼓主要发生在工作面回采期间，主要由工作面超前支承压力等原因而诱发的岩层运动［3］。随着开采强度的增加，开采范围的扩大，以及特厚煤层开采比重的增大，底鼓现象有日益增长的趋势。特别是特厚煤层回采巷道，因其底板是松软破碎的泥岩，加之受到地质构造和采动影响，底板鼓起现象十分严重。巷道底鼓量已达到600～1000mm，明显制约了回采与掘进工作面的推进速度，影响了矿井的正常接续。因此，总结一套实用有效的巷道底鼓防治技术具有重要意义。

1 巷道围岩地质条件

发生底鼓的巷道为某矿工作面巷道，宽5m，高3.4m，埋深200m，沿煤层底板掘进，底板平均有1.0m厚的底煤，煤层倾角在3～8°之间，平均厚度9.47m，煤层附近柱状如图1。

煤层单轴抗压强度为17.53MPa;煤层顶板为中粗粒岩，单轴抗压强度为84.8MPa，抗拉强度较低;底板为泥岩，单轴抗压强度为25.8MPa。

图1 煤层柱状

2 巷道底鼓主要原因分析

工作面巷道与相邻工作面采空区之间为20m区段保护煤柱，现场观测发现，巷道在遇到硐室时压力较集中，保护煤柱宽度不足15m，底鼓明显。经现场论证分析，认为巷道底鼓的主要原因为相邻工作面开采侧向支承压力和工作面超前支承压力在该处叠加，引起应力集中［4］，使得巷道遭受二次动压的强烈影响，形成巷道围岩破坏发生变形，带来巷道底鼓和片帮现象，如图2。另外，巷道帮部每排仅打2根锚杆，两帮中下部无支护裸露范围太大也是造成巷道底鼓的重要原因。

图2 应力叠加作用下巷道底鼓

3 控制底鼓技术措施

为掌握底鼓防治方法，决定在巷道内错车硐室及前后50m范围内，分别采用帮部打底角锚杆、开卸压槽、底角锚杆与卸压槽联合施工等3种治理底鼓的措施进行研究分析。

3.1 巷道帮部加强支护

在现有巷道锚杆支护的基础上，采取巷道帮部底角补打锚杆的措施，防止巷道底板鼓起，限制帮部塑性区扩展，提高巷道整体支护效果，最终达到控制巷道底鼓的目的［5］。帮部补打底角锚杆试验地段为:错车硐室往里50m范围内，按支护参数要求补强帮部支护，“护好帮以控制底”，如图3。

图3 补打底角锚杆控制底鼓方案

巷帮加强支护底角锚杆支护设计参数如表1。

表1 底角锚杆控制底鼓支护设计参数

3.2 新开卸压槽参数

在巷道底板靠近煤柱侧开卸压槽:卸压槽宽×深=200mm×200mm，如图4。开卸压槽试验地段为:错车硐室往外50m范围内。

图4 底板卸压槽

3.3 巷帮加强支护与新开卸压槽联合

为充分发挥帮部加强支护和开设卸压槽2种方法的各自优势，决定在错车硐室范围内，既开掘卸压槽，同时又要加强帮部支护。

具体做法为:在错车硐室范围内 （该错车硐室范围为50m左右），在底板靠近煤柱侧开卸压槽。同时在该错车硐室内部巷道帮部及拐角处，按设计参数补打底角锚杆，以发挥底角锚杆在控制底鼓方面的作用。

巷道底鼓治理试验分段见图5所示。

图5 巷道底鼓治理试验地段

4 巷道底鼓观测

为了观测治理底鼓的效果，在巷道试验段内设立11个底板位移测站，第1个测站距切眼50m，然后间隔10m设1个，至第6个测站，余下的间隔20m设1个。

在底鼓量观测期间，第Ⅰ段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、未加固段的底鼓量分别为285mm，178mm，410mm，500mm，如图6。变形量最大的是未加固段，最小的是第Ⅱ段，加固段平均底鼓量是291mm，底鼓量是未加固段的 58.2%，减少了41.8%，其中，第Ⅰ段 （巷道加强支护段）底鼓量是未加固段的57%，减少了43%;第Ⅱ段（联合治理段）是未加固段的35.6%，减少了64.4%;第Ⅲ段 （新开卸压槽段）是未加固段的82%，减少了18%。

图6 巷道变形实测曲线

各测站巷道变形速度均匀，受工作面回采动压影响期间变形速度处于高位，在工作面推进的80m （16d）内，未加固段平均变形速度为31.3mm/d，加固段平均变形速度也达到18.2mm/d，如表2。根据现场观测，巷道底鼓量超过300mm，会直接影响巷道的正常使用，当巷道底鼓量超过400mm时，需要采取相关措施进行底鼓的治理，才能保证工作面正常推进，因此，在回采动压影响段内，必须将平均变形速度严格控制在25mm/d以下。

表2 工作面巷道围岩变形测站数据分析

通过对各段平均底鼓量的分析，第Ⅱ段 （联合治理段）防治底鼓效果最好，底鼓量小，变形速度均匀且较小，最大变形速度较低，有效地降低了底鼓对巷道的破坏程度，保证了工作面正常生产，经过多项式曲线拟合，如图7，受工作面采动影响下巷道中测站的底鼓量与测站到工作面水平距离的关系为:

图7 第Ⅱ段巷道底鼓量实测曲线回归分析

未加固段:

第Ⅱ段（联合治理段）:

式中，y为测站底鼓量，mm;x为测站到工作面水平距离，m。

综上所述，测站从有数据记录以来距回采工作面70m经动压影响开始变形，底鼓由60m左右处开始明显呈平均趋势向上增长，在30m到3m范围内，受超前支承压力影响，底板变形出现加速。工作面推过硐室期间第Ⅰ段、第Ⅱ段底鼓均不明显，第Ⅲ段 （只开挖卸压槽段）底鼓较严重，需卧底方可继续推进。现场底鼓严重段看到水泥地坪鼓起较多，掘进时留的底煤有一定鼓起，底板鼓起较少。开挖卸压槽以后，在距硐室较远处 （约50m以外）底鼓现象不明显，说明卸压槽起到了让压的作用，但距硐室较近时，底鼓现象仍较明显，底角锚杆却起到了更大的作用，有效地抵抗了压力。

5 结论

通过使用巷帮加强支护与新开卸压槽联合控制底鼓的措施，巷道底鼓现象得到明显地控制，断面变形小，能够满足行人、通风、运输和安装设施的需要［6］，保证了生产的顺利进行，并取得了预期效果。

（1）对巷道围岩薄弱处加强支护，特别是硐室的开挖，减小了巷道保护煤柱的尺寸，在应力集中叠加情况下，更容易出现底鼓片帮等现象。

（2）对于围岩松软、易发生底鼓的巷道，应该对巷道两帮中下部区域进行加强支护，提高巷道顶板和两帮的自承能力，减弱矿压对底板岩层的破坏作用。

（3）底板受巷道保护煤柱侧向支承压力与工作面超前支承压力的叠加影响引起应力集中，是形成巷道围岩破坏变形、造成巷道底鼓和片帮现象的重要原因，应对巷道加强煤体应力监测，实时掌握巷道应力情况。

（4）在巷道中挖卸压槽治理底鼓也取得了很好的效果，既可以对卸压槽以外区域起到让压作用，也可以配合底角锚杆共同限制底板变形，但不宜在巷道底鼓严重区域单独应用。

根据巷道的地质条件、施工工艺以及有关因素因地制宜地合理选择底鼓治理措施，有效地控制巷道底鼓难题，对提高回采工作面的回采效率和节约人工费用、保证这些工作面巷道的正常使用及工作面的正常生产都具有重要意义，为采区内其余工作面的顺利回采提供了宝贵的经验，具有良好的经济和社会效益。

［1］姜耀东，陆士良.巷道底鼓机理的研究［J］.煤炭学报，1994，19（4）:343－351.

［2］郭全营.铜川矿区巷道底鼓机理与防治技术［J］.煤炭科技，2007（4）:40－42.

［3］冯江兵，张科学，路希伟，等.采动影响下回采巷道底鼓机理及实用性技术研究［J］.煤炭技术，2011，30（3）:68－70.

［4］陈忠辉，谢和平.综放采场支承压力分布的损伤力学分析［J］.岩石力学与工程学报，2000，19（4）:436－439.

［5］柏建彪，王卫军，侯朝炯，等.综放沿空掘巷围岩控制机理及锚杆支护技术研究［J］.煤炭学报，2000，25（5）:448－452.

［6］郭军杰，高新春，王国际.深井大断面煤巷底鼓防治技术［J］.煤矿开采，2011，16（1）:74－75，70.

Prevention of Floor Heave in Roadway Influenced by Dynam ic Pressure Induced by Mining

LIZhi-gang

（Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China）

This paper analyzed main causes of roadway floor heave influenced by dynamic pressure inmining period and designed combined projection of strengthening roadway-side supporting and excavating pressure-relief groove.Practice showed that floor heave value of reinforcement segment reduced 1.7 times and effectively reduced 47%floor heave value.This projection dissolved serious floor heave problem and provided successful experience for roadway floor heave prevention.

dynamic pressure influence;floor heave;pressure relief groove;anchored cable and bolt;underground test

TD353

A

1006-6225（2012）05-0052-03

2012－05－22

“十一五”国家科技支撑计划资助项目 （2008BAB36B01）

李志刚 （1978－），男，山西晋中人，工程师，主要从事放顶煤开采、采煤工艺等方面的研究。

［责任编辑:姜鹏飞］

矿井设计