宽煤柱瓦斯尾巷底鼓综合治理技术研究

刘 磊，王世常

(山东能源临矿集团邱集煤矿，山东 德州 251105)

宽煤柱瓦斯尾巷底鼓综合治理技术研究

刘 磊，王世常

(山东能源临矿集团邱集煤矿，山东 德州 251105)

针对3303工作面宽煤柱瓦斯尾巷底鼓严重问题，分析了底鼓发生的影响因素，确定了深孔松动爆破、底板加固、底板水控制综合治理技术方案。对深孔松动爆破卸压参数进行了设计，采用底梁加单体液压支柱组成的支护形式进行了底板加固。从巷道表面位移变形观测数据分析知，底鼓综合治理方案取得了较好的效果，基本解决了瓦斯尾巷底鼓问题。

瓦斯尾巷；巷道底鼓；深孔松动爆破；底板加固

0 引言

巷道开挖后围岩应力重新分布以及工作面回采过程中支承压力的作用导致巷道底鼓变形[1-2]。底鼓变形不仅仅是巷道底板的变形破坏，底鼓变形也会带动巷道两帮及顶板的变形，从而导致整个巷道变形破坏[3-4]。而且随着开采深度的增加，巷道的底鼓问题会更加突出[5]，有关的统计数据表明，巷道围岩破坏大部分是由底鼓破坏造成的[6]。3303工作面瓦斯尾巷既是上一个面回采时回风巷，又是下一个工作面的材料巷，要使用两次服务时间较长。随着回采工作的向前推移，瓦斯尾巷底鼓非常严重，底鼓量最大可达1.2 m，严重影响下一工作面的正常使用。为了保证工作面正常生产，针对3303工作面宽煤柱瓦斯尾巷采取了深孔松动爆破、底板加固、底板水控制等综合治理技术，基本解决了瓦斯尾巷的底鼓问题。

1 工程概况

3303工作面运输平巷、材料平巷、瓦斯尾巷均布置在3#煤层中，方位301°，其中切眼与两巷(材、运)垂直布置，瓦斯尾巷与运输平巷间留设30 m宽保护煤柱，如图1所示。该矿属于高瓦斯矿井，3303工作面实行两进一回系统，瓦斯尾巷既作上一个面回采时回风用，又作下一个工作面的材料巷使用，两次使用，服务时间较长。随着回采工作的向前推移，瓦斯尾巷底鼓非常严重，底鼓量最大可达1.2 m，严重影响下一工作面的正常使用。在下一工作面使用前需要重新拉底和维护，造成了人力、物力、财力的大量浪费，严重影响采掘正常衔接，为此需分析巷道底鼓机理及底鼓量构成，以制定有针对性的治理措施。

图1 3303工作面巷道布置示意图

2 瓦斯尾巷底鼓控制技术方案

2.1 宽煤柱松动爆破泄压数值模拟

卸压法控制底鼓可以选择对30 m宽保护煤柱松动爆破卸压，设计四种方案，分别研究采动对瓦斯尾巷应力、变形的影响。方案一不采取松动爆破卸压；方案二在煤柱中间10 m宽的的范围进行松动爆破卸压；方案三在煤柱中间8 m宽的范围进行松动爆破卸压；方案四在煤柱中间4 m宽的范围进行松动爆破卸压。

通过分析对比，方案2的底鼓量最小，为20 cm，远小于不采取措施时的底鼓量。通过煤柱中间松动爆破，可以减小巷道两侧煤帮内的垂直应力，由18.56 Mpa减小到15.73 Mpa。分析四种控制底鼓方案的模拟结果可知，方案2相对其他三种，巷道两侧煤柱垂直应力、顶底板水平应力有所减少，底鼓量也大大减小，控制底鼓的效果最为明显。

2.2 宽煤柱松动爆破泄压方案

2.2.1 钻孔位置及深度选择

采用数值模拟手段确定在30 m宽煤柱中间10 m范围内进行松动爆破泄压，巷道两侧煤柱垂直应力和顶底板水平应力都都有所减少，底鼓量也大大减小，控制底鼓的效果最为明显。在煤柱中间10 m宽的的范围进行松动爆破卸压，必须在30 m宽的保护煤柱中打20 m的钻孔，才能进行装药松动爆破。考虑瓦斯尾巷的安全性，从运输平巷一侧进行钻孔，如图3所示。

2.2.2 孔径选择

在现场实际工作中，在钻孔机械确定后，根据的现场机具和爆破经验，爆破孔孔径取φ=42 mm。

2.2.3 爆破孔孔间距选择

按爆生气体准静压力作用计算，认为煤岩的破坏主要是由于爆炸产生的高温高压爆轰气体向外膨胀的压力造成的，裂隙区半径为：

当采用乳化炸药时，爆速D=4400 m/s密度ρ=1.15 g/cm3，药卷直径dc=38 mm，炮孔直径db=42 mm。煤层的物理力学参数如下：煤的抗拉强度σt=1.26 Mpa，泊松比γ=0.25。代入上式计算得裂隙区半径为3.2 m，即爆破孔孔间距为3.2 m。

图2 不同方案的垂直变形比较

图3 钻孔布置图

2.2.4 炸药类型选择

根据爆破安全规程的新规定，松动爆破需要采用乳化炸药。乳化炸药的猛度、爆速和感度均较高，可以用一只8号雷管起爆，密度在较宽范围内(1.05 g/m3～1.30 g/m3)可调，具有良好的抗水性能，加工使用安全，适合于爆破现场直接混制，实现装药机械化，可在各种条件下爆破，因此选择乳化炸药。

2.2.5 装药结构、参数及起爆方式

根据爆破卸压方案要求，要求从煤柱中间松动爆破10 m，装药长度为9.5 m～10 m，装药后应装入不小于0.4 m的水炮泥，装药直径38 mm、爆破直径42 mm。装药密度一般在1.05 g/m3～1.30 g/m3，起爆雷管为双雷管，药筒头部一个，中间一个，封孔长度5 m，采用瞬发电雷管起爆。每个孔需要50个药卷，即每孔的装药长度为9.45 m，装药量为10 kg。起爆方式为正向装药起爆。

2.3 瓦斯尾巷底板加固方案

对于加固法，根据前期控制底鼓经验，以及对加固法的分析，考虑煤矿现场支护设备条件，可以采用底梁加单体液压支柱组成的支护形式，此种支护形式类似于封闭支架。

2.3.1 单体支柱布置方式

根据支柱支护密度的计算，考虑巷道发生底鼓最先发生在巷道中部，确定在巷道中部布置HDJA-1200型底梁一根，在其两端分别布置单体液压支柱一根，液压支柱间距为1 m，底梁排距为1m。如图4所示：

图4 单体液压支柱布置图

2.3.2 单体液压支柱选型

瓦斯尾巷巷道断面为矩形，宽4 m、高3 m。

支柱规格按下式选择：

Hmax≥Mmax-H-a

式中Hmax—支柱最大高度；

Mmax—最大采高(此处即巷道高度)3 m；

H—底梁高度，选择HDJA-1200型，高度为95.5 mm；

a—支柱达到初撑力时液体压缩量，一般a=10 mm。

经计算得到支柱的最大高度Hmax≥2894.5 mm

确定选择DY31型单体液压支柱，底梁选择HDJA-1000型。

2.3.3 支护密度计算

由于瓦斯尾巷一侧煤柱进行了松动爆破，其

矿山压力发生转移和释放，根据对瓦斯尾巷矿山压力观测得到其平均矿压大小为149 kN/m2。

故单体支柱合理的支护密度：

n=pt/Rt

式中n—支护密度，根/m2；

Rt—支柱额定工作阻力，300 kN/根；

(pt)—平均矿压大小，149 kN/m2

计算得到n=0.5根/m2。

3 瓦斯尾巷底鼓治理效果

3303工作面瓦斯尾巷采用松动爆破卸压、底板加固综合治理技术，进行了现场工业性试验，并设计了2个观测站对巷道表面位移量进行观测。巷道顶底板移近量如图5所示。顶底板累计移近量最大12 cm以内。现场观测结果可知：瓦斯尾巷底鼓采取的综合治理方案，起到了很好的效果，基本解决了瓦斯尾巷的底鼓问题。

图5 1站、2站顶底板移近量

4 结论

针对3303工作面宽煤柱瓦斯尾巷底鼓严重问题，分析了底鼓发生的影响因素，确定了深孔松动爆破、底板加固综合治理技术方案。对深孔松动爆破卸压参数进行了设计，对于加固法，根据前期控制底鼓经验，考虑煤矿现场支护设备条件，采用底梁加单体液压支柱组成的支护形式。从巷道变形观测数据分析可知，针对瓦斯尾巷底鼓采取的松动爆破和巷道加固的综合治理方案，起到了较好的效果，基本解决了瓦斯尾巷的底鼓问题。

[1] 何满潮，谢和平，彭苏萍，等. 深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24(16):2803-2813.

[2] 陈炎光，陆士良，何朝炯，等.中国煤矿巷道围岩控[M].徐州：中国矿业大学出版社，1994.

[3] 马念杰，候朝炯.采准巷道矿压理论及应用[M].北京：煤炭工业出版社，1995.

[4] 姜耀东，陆士良.巷道底鼓的机理研究.煤炭学报[J]，1994，19(4)：343-351.

[5] 李树清.葛泉矿软岩大巷底鼓机理及控制研究[D].长沙：中南大学，2004.

[6] 刘泉声，肖虎，卢兴利，等．高地应力破碎软岩巷道底鼓特性及综合控制对策研究[J]．岩土力学，2012，33(6)：1703-1711.

Comprehensive Control Technology research on floor heave in gas tail gateway which has wide coal pillar

LIU Lei, WANG Shi-chang

(QiujiCoalMine,ShandongEnergyLinyiMiningGroupCo.Ltd. ,Dezhou, 251105,China)

For the serious problem of floor heave in the gas tail gateway which has wide coal pillar in the 3303 face of Hexi coal mine, this paper carefully analysed the effects of floor heave, defined the comprehensive control technology of deep hole loose blasting，floor reinforcement，floor water control.It designed the relieving parameters of deep hole loose blasting, reinforced the floor using bottom beams and single hydraulic prop supporting forms . With the analysis of the observation data of the road way surface displacement deformation，the comprehensive treatment plan has achieved good results and basically solved the problem of floor heave in gas tail gateway.

gas tail gateway; floor heave in gateway; deep hole loose blasting; floor reinforcement

2015-12-21

刘磊(1981-)，男，山东聊城人，大学毕业，山东能源临矿集团有限公司邱集煤矿通防科副科长(通防工区副区长)，研究方向为煤矿生产技术管理工作。E-mail:641834827@qq.com

TD712

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1672-7169(2016)01-0024-04