灵北矿井防治大巷底鼓支护技术研究

杨广栋

（山西汾西矿业集团 生产处，山西 介休032000）

针对灵北矿井底车场集中轨道大巷底鼓变形严重的问题，以铝土泥岩为研究对象，通过对巷道底鼓影响因素及成因的理论分析，得出围岩物理化学性质、围岩应力状况及支护形式是产生底鼓的主要因素。根据不同支护方法的机制研究，提出应力防护与水防护同时治理的思路，对多种支护模式对比分析，考虑其优缺点，在实测松动圈、铝土泥岩成分分析及可注性试验的基础上设计出本方案。试验结果表明，本方案可有效控制软弱膨胀泥岩、高应力巷道的底鼓变形。

1 集中轨道大巷底鼓变形现状

灵北煤矿副斜井集中轨道大巷主要用于连接副斜井井底车场与轨道大巷，开口处位于副斜井井筒落底点向前133.979m，该巷道方位角为34°30′00″，巷道全长113.424 m，坡度为3‰。

根据现有地质资料可知井底车场集中轨道大巷围岩相对稳定，附近无采区及老空区，施工区域内无断层、褶曲、裂隙、陷落柱等地质构造。巷道掘进以11号煤底板为掘进底板。11号煤层厚度平均达到7.06m，资源／储量丰富，且煤层稳定。11号煤底板位于本溪组底部，奥陶系灰岩侵蚀面之上，区域上称之为G层铝土矿层，其厚度为1.00～11.50m，平均5.55m，北部厚南部薄。根据资料及实际揭露的灰岩涌水情况可知，巷道实际涌水量在5m3／h左右。

目前井底车场集中轨道大巷大部分区域出现顶部、帮部开裂，其中车场90～105m处顶板下沉100～600mm，锚杆、锚索发生凹进现象，105～150m处顶板喷射砼开裂。全巷道出现底鼓现象，平均鼓起高度为600～800mm，该巷道所施工完毕的水沟均已开裂或挤压变形。部分区段已起底返修超过三次，底鼓变形量仍然较大。

该区铝土泥岩A1203及Si02含量较高，说明铝土泥岩中含有大量铝硅酸盐，如高岭石和蒙脱石等强膨胀性粘土矿物。而此类岩石亲水性较强，吸水后岩性软弱破碎、碎胀泥化、强度低、稳定性差，有明显的挤压碎胀及吸水膨胀现象。

2 集中轨道大巷现支护方式

井底车场集中轨道大巷支护形式为锚网喷、锚索、U29型钢支架联合支护。

1）锚杆杆体材料采用左螺纹钢，规格为Φ20mm×2200mm，每根锚杆使用K2355和Z2355型树脂锚固剂各一支，锚杆托板采用厚5mm钢板加工的成品托板，规格为120mm×120mm，锚杆三花布置间排距800mm×800 mm。锚杆起锚高度距巷道底板不大于700mm。所有锚杆均垂直于巷道掘进轮廓线，当煤（岩）层的层理、节理发育时，锚杆应尽可能与主要层理、裂隙面垂直。

2）金属网为Φ6.5mm盘圆钢筋焊制而成，网幅为2000mm×1000mm，网格为100mm×100mm，网与网之间搭接宽度不小于100mm，联网时选用10＃铁丝剪成的长400mm的小段，双股对折，扭结圈数不小于3圈，要联结密实，联结点间距不大于200mm。

3）锚索规格为Φ17.8mm×9000～12000mm的7股钢绞线，间排距1500mm×1500mm，配套使用1卷K2355、2卷Z2355型锚固剂（快速药卷在上，中速药卷在下），锚索托板规格为300mm×300mm×16mm及配套锁具。

根据分析，认为该方案对于顶板及两帮的支护措施可行，但该支护方式未对底板进行有效支护，U型钢未封闭。

3 技术方案

1）设计理论依据

本次试验巷道支护参数设计以围岩松动圈支护理论为依据，根据井底车场巷道变形观察和围岩松动圈实测进行支护设计。根据现场变形特征以及底板地质层结构可判断：若巷道开拓过程中底板无水接触，那么总位移的大部分是由围岩应力释放造成，底鼓发生主要形式为挤压流动型变形，因此采用“让”、“抗”结合的组合支护形式。根据对所采集铝土岩成分分析，采用一维膨胀理论估算由铝土岩膨胀位移在300～400mm之间，因此在总体方案中应考虑底板遇水发生膨胀性底鼓，进行防水处理。

2）围岩松动圈实测

轨道大巷净宽4700mm，左边墙0.8～1.0m内破碎，松动圈为2.0～2.2m；右边墙1.0m 内破碎，松动圈为2.5～2.6m；底板1.0m内松散，松动圈为3.0m。

3）支护方案设计

采用“基角爆破卸压＋底角锚杆＋注浆＋底板锚杆＋封闭式支架＋膨润土防水毯”联合支护方式，降低底板围岩浅部的应力，使高地应力向围岩深部移动，增加围岩变形的阻力，底板锚杆防止底板岩层扩容、膨胀及水平压力下挤压流动变形引起的剪切破碎产生剪切滑动膨胀底鼓，封闭式可伸缩支架起到先让后抗作用。

根据膨胀理论对该泥岩遇水膨胀量的预测，为防止裂隙水及工业水在底板上产生的径流及边沟汇集流水侵入铝土泥岩而发生岩层泥化、崩解、破裂现象，降低岩体强度，导致底板岩层产生遇水膨胀性底鼓，需采取措施，避免巷道底板表面径流水与底板岩层接触。采用膨润土防水毯作为隔水材料。

4 技术参数

1）深孔爆破参数

炮孔距两帮200mm，炮孔斜长4m，倾角45°，排距1 m；采用煤矿许用乳化炸药，装药量150g，炮孔填塞长度不少于1m。

2）底角锚杆参数

底角锚杆采用左旋螺纹钢杆体可伸长增强锚杆，规格Φ25mm×2800mm，排距800mm，距巷道底板300mm，向下倾斜30°～45°。选用K2355型树脂锚固剂一卷和Z2355型树脂锚固剂两卷，采用端头锚固，锚固力不小于150kN，安装预紧力不小于150kN·m。

3）注浆参数

根据松动圈测试结果，底板0.8m内松散，3m松动，沿巷道底板两排孔三角错动排布注浆。

4）底板锚杆参数

底板设置锚杆Φ20mm×2400mm左旋螺纹钢筋锚杆，间排距800mm×800mm，锚杆孔径29mm，锚固长度不小于1000mm，锚固力不小于100kN，安装预紧力不小于120kN.m；每根锚杆使用K2355和Z2355型树脂锚固剂各一支，锚杆托板采用厚5mm钢板加工的成品托板，规格为120mm×120mm。

5）膨润土防水毯参数

防水毯沿底板全长铺设，两帮铺设高度超出边沟顶面设计高程150mm，毯间压茬100mm，防水毯每截面长度至少需5500mm。

5 结语

试验结果表明该支护方式对解决铝土泥岩巷道的底鼓具有较高的适应性，在支护方案设计、防水措施方面具有明显的新颖性、有效性和可靠性。