窄煤柱沿空巷道底鼓控制技术研究

卫 然

(西山煤电(集团)公司 杜儿坪矿，山西 太原 030022)

底鼓是煤矿巷道中经常发生的现象，巷道底鼓后巷道断面缩小、阻碍运输、通风和人员行走，因底鼓而造成巷道报废的现象时有发生，严重影响安全生产和威胁工人生命安全。本文在总结分析前人研究成果的基础上，运用理论分析、数值计算、现场实测等方法，以某矿10209 回风顺槽为工程背景，对沿空巷道底鼓的控制技术进行了研究。

1 试验巷道地质条件

10209 工作面位于矿井的北中部。胶带顺槽从2#煤层回风大巷算起为1 798.1 m;回风顺槽从2#煤层回风大巷算起为1 728. 3 m;工作面平均长度为1 763.2 m，工作面宽度为239.8 m。工作面面积为422 815.4 m2。

工作面东侧为10207 工作面;南侧是2#煤层回风、胶带和辅运3 条大巷;西侧为实体煤。10209 工作面回风顺槽采用沿空掘巷，待10207 工作面顶板稳定后，沿10207 运输顺槽掘进，两工作面之间留设5 m 的煤柱。工作面布置图见图1。

根据10209 工作面的地质条件和实际生产需要，确定其回风顺槽巷道断面为矩形，净宽度为4.8 m，高为3.2 m，净断面为15.36 m2，巷道沿中线掘进。

结合现场的实际情况，决定采用以下的模拟步骤和方案来确定工作面巷道的支护方案:

图1 10209 工作面布置图

2 巷道底鼓治理方案

方案一:分别对10209 回风顺槽采用帮顶锚杆支护、全断面锚杆(两帮及顶底板打锚杆)支护下巷道的表面位移变化进行对比，从而确定10209 回风顺槽的合理支护方式。

方案二:在方案一的基础上，对锚杆的具体参数(包括长度和直径)做进一步的模拟分析，组合方案见表1。

表1 两种状态下围岩移近量对比表

由表1 可以看出，巷道开挖引起的扰动，使得周边岩体向巷道空间移动，巷道开挖稳定以后，对巷道帮部和顶板采用锚杆支护，顶板下沉量为135 mm，实体煤帮为100 mm 以下，煤柱帮达到150 mm 左右，底鼓量高达380 mm，不能满足生产、行人的需要，需对巷道进行进一步的控制。在原来的基础上对巷道底板进行锚杆支护，通过模拟可以看出，巷道得到更为有效的控制，底板鼓起量控制在130 mm 以下，同时，两帮及顶底板移近量也得到了进一步的改善。

为选择合适的支护参数，对不同锚杆长度以及直径的组合进行模拟，锚杆长度范围2.0 ～2.4 m，直径范围20 ～24 mm 分成6 组进行数值模拟，下面对结果进行分析，锚杆支护参数数值模拟方案见表2。

表2 锚杆支护参数数值模拟方案表

根据上述的模拟方案分别从锚杆直径和长度两个方面对其巷道进行模拟计算，得到的巷道围岩变形情况见表3，4。

表3 不同锚杆长度时围岩变形特征表

表4 不同锚杆直径时围岩变形特征表

通过对上述模拟结果进行对比分析，可以得出以下结论:

1)当其他参数不变时，锚杆长度从2.0 m 增加到2.2 m，顶板下沉量和两帮移近量有一定的减少，底鼓量减少了36 mm，而锚杆长度从2.2 m 增加到2.4 m，支护效果没有明显增加。考虑现场生产条件及支护成本，锚杆长度确定为2.2 m。

2)同样，当锚杆直径从20 mm 增加到22 mm，围岩变形也有一定程度的减少，而当直径增加到24 mm时，围岩变形量较22 mm 时围岩控制改善幅度不大。由此锚杆直径确定为22 mm。

通过理论计算、数值模拟和现场调研等手段进行研究分析，确定了10209 工作面回风顺槽的支护方案见图2，主要参数见表5。

表5 10209 回风顺槽锚杆支护主要参数表

图2 10209 回风顺槽支护效果图

3 结 语

沿空巷道围岩性质、围岩应力和支护强度是导致巷道底鼓的重要因素。采用全断面锚杆支护后，通过现场试验及观测，巷道表面移近量得到了有效控制，围岩的稳定性较地质条件相似巷道(10207 回风顺槽)得到了显著提高。同时，底板锚杆使该巷道的底鼓问题得到了有效控制，保障了该回采巷道行人、运料等一系列生产功能的正常运行。说明在沿空巷道底鼓严重的情况下，这种支护方式不仅技术上可行，而且安全可靠，可在类似条件的巷道推广使用。