坪上煤业三盘区变电所底鼓治理技术研究

张晨交

（山西晋煤集团沁秀煤业有限公司坪上煤业，山西 晋城 048006）

三盘区变电所是服务于三盘区巷道群和工作面的永久硐室之一，巷道顶底板为锚喷支护或水泥抹面。因持续、多次受到工作面采动影响，导致变电所内顶底板围岩发生不同程度的底鼓，如果不及时起底，不但极易导致帮顶围岩变形加剧直至围岩彻底破坏报废，还可能对内部设备运行及电缆敷设带来一系列问题，威胁矿井供电安全[1]。而直接起底不但效果差，治标不治本，还要对变电所进行停电处理，影响整个盘区生产进度。因此有必要对变电所底板采取针对措施，确保矿井安全高效生产。

1 概况

坪上煤业三盘区变电所位于东翼皮带巷850m处，北部为三盘区回风巷，南部为三盘区皮带巷，主要服务于三盘区六条掘进巷道和两个综采工作面的工作用电。其基本位置如图1所示。

图1 三盘区变电所位置示意图

根据现场实测，变电所底鼓最严重区域接近600mm，底鼓角度达到40°以上；回风巷两帮移近量达到362mm，局部达到523mm，底鼓量达到715mm。两帮喷层开裂，且经受动压影响之后，煤体受压破坏，导致钻孔施工困难，塌孔严重，其锚索锚固力小于30kN，采用传统的锚杆、锚索加固无法满足支护要求。

2 加固方案

综合考虑现场顶底板煤质条件和注浆材料特点，本次加固主要采用水泥基无机注浆料（水灰比0.6：1～1：1）[2]，围岩变形严重区域采用高分子注浆材料。其基本位置如下图2所示。

图2 注浆加固区域示意图

目前变电所底板围岩变形最为严重，故首先对底鼓区域先进行注浆加固，再对巷道两帮进行注浆加固，随后根据围岩情况再进行预应力锚索补强支护。巷道原设计为4.7m×2.6m，需对已底鼓区域进行起底，其加固后补强支护设计如图3。

图3 底板注浆锚索布置示意图

锚索采用分次全长锚固，每排三根，间距1800mm，排距2000mm。变电所注浆加固材料预计用量及工程量如表1所示。

3 支护效果监测

3.1 受力监测

支护系统受力监测主要包括两帮锚索受力监测。测点布置接近底板的两根锚索与水平呈0°向下，其他与工作面法线垂直。其基本布置如图4所示。

图4 锚索测力计布置图

对现场锚索受力测量，对所得数据统计分析可知，现场巷帮锚索受力整体增大，说明锚索对围岩起到了有效的约束作用。当锚索初始预紧力施加相对较低时，锚索受力初始有一定的降低，但随后很快升高，这主要与两帮煤体较为酥软和预紧力未达设计要求有关，锚索预紧力不足以控制围岩的裂隙发展发育，导致围岩小部分裂隙张开，引起锚索受力短时降低[3]。总体来看，锚索受力增大表明锚索对控制围岩变形起到了一定的抑制作用。

表1 变电所加固材料预计消耗表

3.2 监测数据分析

按照上述设计对巷道底板进行加固，并对巷道围岩变化情况进行了5个月的监测，如图5所示。

图5 变电所底板围岩变形曲线图

结合上图可以看出，注浆加固后底板及两帮围岩仍有变化，其中底板围岩变化量≤50mm，两帮围岩变化≤30mm。底板和两帮围岩的变化率均在设计允许范围之内，说明底板已和围岩在注浆液的作用下成为一个有效整体，两帮变形程度不大。综合注浆支护成本和安全因素考虑，可选择在帮部注浆后立即进行补强，保证支护效果。

4 结论

采用底板注浆加固和高预应力支护材料补强相结合的方式，能够较大程度地改善硐室底板围岩控制特性，实现裂隙、节理的有效填充，达到最佳的锚固补强效果。从现场验证情况来看，底板和两帮围岩的变化情况在设计范围之内，围岩变化相对稳定，为其他巷道支护提供了借鉴参考。