高应力回采巷道底鼓防治技术研究

张正萌 张忠玉 王新

摘 要：以311307工作面为研究对象，分析了巷道发生底鼓的机理，并采用FLAC3D模拟巷道底板采用卸压槽及注浆锚杆后底板应力、位移及塑性区情况。根据模拟结果可知，采用联合措施后底板最大底鼓量为105mm。此外，分别设计了卸压槽及注浆锚杆参数，通过监测底鼓量对治理效果进行检验。根据监测结果可知，联合治理措施取得了良好效果。

关键词：底鼓;卸压槽;注浆锚杆;底板位移

中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）22-0104-03

Study on Prevention Technology of Floor Heave in High

Stress Mining Roadway

ZHANG Zhengmeng ZHANG Zhongyu WANG Xin

Abstract： Taking 311307 working face as the research object， the mechanism of the bottom drum in the roadway was analyzed. The FLAC3D was used to simulate the stress， displacement and plastic zone of the backing plate and the backing plate of the grouting anchor. According to the simulation results， the joint was adopted. After the measure， the maximum bottom drum of the bottom plate was 105mm. The parameters of pressure relief groove and grouting anchor were designed separately. The effect of the bottom drum was monitored by monitoring the bottom drum. According to the monitoring results， the joint treatment measures had achieved good results.

Keywords： bottom drum;pressure relief groove;grouting anchor;floor displacement

由于矿井开采地质条件复杂，巷道掘进后底板容易形成应力集中现象，严重影响巷道的稳定性[1-4]。底板为软岩的巷道底板应力显现更剧烈，在高应力作用下，底板发生塑性变形破坏，围岩滑移变形运动，巷道底板出现底鼓[5，6]。如果不能及时进行治理，不但影响巷道的施工进度，在应力集中到一定程度，还有可能发生底板型冲击地压。因此，对于高应力回采巷道，应及时采取有效的治理措施，加强底板支护强度，保证工作面安全高效回采。

1 工作面概况

巴彦高勒煤矿311307综采工作面位于13盘区中北部，为13盘区第二个工作面，南部为311306工作面，西部为13盘区边界，东部为13盘区大巷保护煤柱，北部为实炭区。地面标高为+1 275.8～+1 285.2m，工作面标高为+613.7～+638.6m。工作面开采煤层为3-1煤层，工作面宽度为299.5m，采高平均为5.94m。工作面巷道直接底为平均厚度5.76m的砂质泥岩，岩层强度低，巷道底板容易形成应力集中区，当集中应力超过底板岩层所能承载的极限时，巷道发生底鼓。根据统计表明，胶带巷至掘进完成后，底板鼓起平均速度为0.65mm/d，巷道多数区域底鼓量超过500m。由于底板变形速率及变形量大，导致巷道不停返修。

2 底鼓发生机理

由于311307工作面埋深600m以上，底板岩层强度相对较低。巷道掘进后，上覆岩层垂直应力、底板水平应力及构造应力等在巷道底板集中形成应力密实区，该区域内底板岩层由弹性状态转化为塑性状态。随着应力不断增大，底板应力密实区不断膨胀挤压破坏区岩层，使破坏区的岩层发生频繁的剪切破坏，破裂面贯通敞开区并延伸到巷道底板，巷道发生底鼓，如圖1所示。

3 底鼓防治技术数值模拟

巷道掘进后受高应力影响出现底鼓，常见的底鼓防治技术主要有加固法和卸压法，多数矿井采用两者相结合的治理措施。卸压法是通过开挖底板卸压槽、钻孔爆破等措施来释放底板积聚的能量;加固法主要是通过采用锚杆锚索支护、底板注浆等措施来提高底板的强度。

3.1 模拟方案

采用FLAC3D模拟311307工作面底板采用卸压法和加固法联合支护后巷道底板应力、位移及塑性区情况。根据工作面地质条件建立90m×50m×50m模型，材料参数如表1所示

3.2 模拟结果分析

311307工作面巷道底板采用开挖卸压槽与底板注浆锚杆相结合的措施，底板开挖宽为0.5m、深为1.5m的卸压槽;距两帮1m安装长度为6.0m的注浆锚杆，间排距800 mm×800 mm。通过FLAC3D模拟得到巷道底板垂直位移、应力和塑性区分布图，分别如图1、图2和图3所示。

由图1可知，采用联合措施后，311307工作面巷道底板底鼓量明显减小。巷道底板最大底鼓量为105mm，相对于未采用联合措施最大底鼓量减小了79%。最大底鼓量出现在底板卸压槽与巷道两帮底角之间处。

由图2可知，311307工作面巷道底板开挖卸压槽后，巷道底板的应力逐渐向卸压槽底部转移，在卸压槽底部形成一个凹形应力集中区，应力最大峰值为18MPa，从而导致巷道底板区域的应力值减小。

由图3可知，311307工作面底板最大塑性破坏深度为4.5m，巷道底板表面及卸压槽两帮发生拉伸破坏，底板深处发生剪切破坏。由此可知，巷道底板最大破坏深度相对于未采用联合措施前有明显减小。

根据模拟结果可知，311307工作面采用卸压法与加固法的联合措施后，不仅使巷道底板高集中应力向深部转移，还提高了底板的支护强度和巷道的稳定性，避免巷道发生大范围底鼓现象。

4 底鼓治理措施

4.1 卸压法

311307工作面开挖卸压槽可以使底板的应力向卸压槽深度转移，从而避免巷道底板形成应力集中区。沿着工作面两巷走向开挖宽为0.5m、深为1.5m的卸压槽，巷道掘进完毕后，需要采用矸石等及时对卸压槽进行回填，避免影响行人及运输货物安全。

4.2 加固法

311307工作面两巷底板采用锚网喷支护，提高巷道底板承载能力。

锚杆采用Φ43mm×1 800mm注浆锚杆，间排距800mm×800mm;底板两角锚杆与垂直方向约成45°夹角，向内依次约为30°、15°、0°，如图4所示。锚杆外露不大于300mm;锚网采用Φ6mm钢筋网，规格1 700mm×900mm，网格间距100mm;巷道顶板布置2排Φ17.8mm×7300mm锚索，间排距为1 400mm×800mm。

巷道底板注浆采用注浆锚杆施工，将注浆孔与锚杆合二为一。选用QB152型便携式注浆泵，注浆液由水泥、黄沙、石子配置而成，三者比例为1∶2∶2，水灰比为0.45∶1。注浆开始后缓慢增加压力，正常注浆压力为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa。根据311307工作面底板岩层性质，确定注浆参数，如表2所示。

5 支护效果检验

311307工作面两巷采用卸压法和加固法联合治理底鼓后，对治理效果进行检验。在距工作面切眼100m处沿着工作面回采方向依次布置4个间距为50m的监测点，监测巷道底板位移量。

根据监测结果可知，巷道底板采用联合措施后底鼓量明显减小，最大底鼓量为160mm。由此可知，巷道底板开挖卸压槽及采用注浆锚杆联合治理底鼓效果明显，提高了巷道底板承载能力，保证巷道稳定性。

6 結论

本文以巴彦高勒煤矿311307综采工作面为研究对象，分析了巷道发生底鼓的原因，即底板应力密室区挤压破坏区岩层，导致其发生剪切破坏，贯通敞开区并延伸到巷道底板造成。由此，

采用FLAC3D模拟巷道底板采用卸压槽及注浆锚杆后底板应力、位移及塑性区情况。根据模拟结果可知，采用联合措施后底板最大底鼓量为105mm，减小了79%;底板应力向卸压槽底部转移，底板应力值减小。此外，还分别设计了卸压槽参数及注浆锚杆参数及注浆工艺、参数，通过监测底鼓量对治理效果进行检验。根据监测结果可知，采用联合措施后底板最大底鼓量为160m，联合措施取得了良好效果。

参考文献：

[1]李信跃，徐旷.联合支护技术防治巷道底鼓的应用实践[J].江西煤炭科技，2019（3）：177-179.

[2]张震，李春睿，黄志增，等.高膨胀松软围岩邻空巷底鼓机理及防治技术[J].煤炭工程，2016（7）：47-49.

[3]巫青松.回采巷道底鼓机理及其控制技术研究[J].矿业装备，2015（12）：78-81.

[4]田臣，侯志成，刘英杰.补连塔煤矿2～（-2）煤三盘区巷道底鼓防治技术[J].煤炭科学技术，2015（S1）：32-35.

[5]李传森.漳村煤矿采动巷道底鼓机理分析与控制研究[D].太原：太原理工大学，2015.

[6]张科学，马振乾，杨英明，等.厚煤层综放工作面高强度开采底鼓防治技术[J].煤炭科学技术，2014（11）：33-36.