軟巖底鼓巷道圍巖控制技術研究

摘 要：底鼓是煤礦巷道中經常發生的動力現象。本文本文以某煤業公司戊8半煤巖軟巖巷道為基礎，對巷道底鼓產生的因素進行分析，并利用FLAC3D提出合理的底鼓控制方案，在現場應用中取得了良好的技術經濟效果，為類似巷道底鼓治理提供了參考依據。

關鍵詞：底鼓；數值模擬；工程實踐

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0122-02

Study on Surrounding Rock Control Technology of Floor

Rock in Soft Rock Floor

QI Le CHEN Zhiguo

（No.3 Coal Mine Hebi Coal Industry Co.，Ltd.，Henan Energy Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Hebi Henan 458000）

Abstract： The kick drum is a dynamic phenomenon that often occurs in coal mine roadway. This paper analyzed the factors of the floor kick drum based on the soft rock roadway of the E85 coal rock of a certain coal company， and used FLAC3D to propose a reasonable bottom drum. The control scheme had achieved good technical and economic results in field applications， providing a reference basis for the treatment of similar roadways.

Keywords： floor heave；numerical simulation； engineering practice

底鼓是煤礦巷道中經常發生的動力現象，其會導致巷道斷面縮小，阻礙運輸和人員行走，妨礙通風，甚至會造成整個巷道報廢，嚴重影響礦山的生產和安全[1-3]。隨著地下工程深度的增加、巷道斷面增大，底鼓問題愈為突出。基于此，國內外關于巷道底鼓機理及控制措施的研究一直沒有中斷，但涉及半煤巖軟底巷道的較少[4]。因此，本文以某煤業公司戊8半煤巖軟巖巷道為基礎，應用軟巖巷道支護理論，對巷道底鼓機理進行分析，提出合理的底鼓控制方案，并在現場應用中取得了良好的經濟效果。

1 工程概況

戊9.10-14160高抽巷巷道設計在戊8中。由于煤層厚度有限，巷道采用了沿頂撬底的半煤巖巷道。戊8煤層厚度為0.6～1.0m，平均厚度為0.7m，煤層傾角一般為18°～26°，平均22°，且呈上陡下緩、東陡西緩的趨勢。戊8煤層頂板為灰色砂質泥巖、灰白色中粒砂巖，煤層直接底為砂質泥巖、泥巖，夾條帶狀細砂巖，具有明顯的水平層理，遇水易膨脹。底板裂隙發育。巷道斷面為直角梯形，斷面寬×高=5.0m×3.2m斜梯形斷面。巷道埋深486.2～616.7m，平均550m，原支護參數為：采用錨網梁索支護，[Φ]4mm冷拔絲金屬網封閉幫頂，底板不支護，錨桿為[Φ]20mm×2 400mm的高強螺紋鋼錨桿，頂板錨桿間排距為820mm×800mm，上幫錨桿間排距為880mm×800mm，下幫錨桿間排距為750mm×800mm。錨索選用[Φ]17.8mm×6 300mm預應力錨索，成對布置，排距1 600mm。

2 巷道底鼓影響因素分析

2.1 地質構造

戊9.10-14160高抽巷在掘進過程中，有四條斷層對巷道穩定性影響較大。一系列小斷層使巷道圍巖的完整性被嚴重破壞，圍巖抵抗外界破壞的能力和自承能力大幅度降低，而巷道支護體系要承受更大的外力作用，因此，引發巷道變形破壞，導致巷道底鼓產生。

2.2 支護形式

巷道埋深約550m，上覆巖層壓力較大，原支護方式控制了頂、幫變形的發生，導致巷道兩幫周邊相當于原巖應力兩倍的切向壓力無法得到釋放，只能通過兩幫向底板傳遞；加之底板圍巖為砂質泥巖，強度較低，且遇水易膨脹，因此不能承受傳遞到底板的壓力，只有通過該自由面釋放壓力，導致巷道產生變形從而造成底鼓。

2.3 其他因素

戊8-14160采面為戊9.10煤層解放層采面。戊8-14160巷道里段有兩臺鉆進正在向戊9.10煤層打預抽煤層瓦斯鉆孔，瓦斯鉆孔施工后需對戊9.10-14160高抽巷中進行瓦斯抽采松爆致裂，即炸藥松爆，爆破對巷道圍巖穩定性產生一定影響。

3 現場監測

對該巷進口段（即0m處）往里（520m）進行現場考察，在90m至100m處頂板出現嚴重破壞，現頂板采用錨網支護，該段金屬網出現破裂、斷裂破壞的現象，有大塊巖塊從頂板脫落。在195m至270m段出現嚴重底鼓現象，底板鼓起，沿巷道軸向方向底板出現寬度約2cm裂縫，在距巷道口192m處有一條斷層。巷道底鼓嚴重，斷面縮小，收縮率達40%以上，嚴重阻礙了行人、運輸及通風。

4 數值計算

4.1 模型的建立和計算參數

采用FLAC3D數值模擬軟件模擬了巷道在原支護（頂幫錨網索耦合）和頂幫錨網索耦合支護+幫底錨注支護（錨注間排距1 200mm×1 200mm，錨注深度3m）的巷道變形情況。采用平面應變模型，模擬模型的煤巖層范圍為：50m×50m×1m（長×高×寬），共59 119個單元，模型頂部為應力邊界條件，應力大小為巷道上覆550m的自重，側壓力系數按1.5考慮；模型前后左右面采用位移約束，底部施加固定邊界條件。

4.2 結果分析

4.2.1 原支護結果分析。原支護條件下模擬結果見圖1。由圖1可知，在原支護條件下，巷道最大主應力等值線遠離巷道周邊，并在巷道頂板左右上角且沿戊8煤層方向上下約5m處出現應力集中。巷道兩幫和底板位移變化較大，其中底鼓量最大，左幫次之，右幫位移變化較小。頂板出現較小塑性區，兩幫和底板一定深度內全部為塑性區，且塑性區沿煤體傾斜方向發展，最大值發生在煤巖交界面附近，且在泥巖中向深部擴散。這說明：底板在不采取加固措施的情況下，底鼓是軟底巷道圍巖變形的重要組成部分，使用錨網支護兩幫及頂板并不能使巷道形成承載環，因此，不能有效控制圍巖變形，尤其是兩幫和底板的變形。

4.2.2 返修后結果分析。返修后巷道模擬結果見圖2。由圖2可知，翻修后巷道最大主應力等值線遠離巷道周邊，巷道圍巖的殘余強度得到提供，巷道圍巖變形量明顯減少，兩幫和底板巖層內塑性區范圍大大減小，說明該方案有效提高了半煤巖軟底巷道圍巖的穩定性，使巷道底板變形得到有效控制，同時提高了兩幫煤巖體變形的協調性。

5 工程實踐

巷道圍巖位移監測是巷道支護的重要環節，巷道采取頂幫錨網索耦合支護+底錨注支護（錨注間排距1 200mm×1 200mm，錨注深度3m）。在監測期間，底鼓變形量在允許范圍內，說明了此方案很好地適應了該地質條件，保證了巷道圍巖的穩定。

6 結論

①由于地質條件等因素的復雜性，加之原支護方式并不重視底板支護，造成此巷道底鼓的產生，對該礦高效生產造成了極大影響。由此可以看出，巷道支護是一個系統工程，在對巷道進行支護時，要充分考慮各個因素。

②從工程實踐可以看出，半煤巖軟底巷道拉底后使用頂幫錨網索耦合支護+底板錨注支護可以有效控制圍巖變形，為類似巷道底臌治理提供了參考依據。

參考文獻：

[1]何滿潮，景海河，孫曉明，等.軟巖工程力學[M].北京：科學出版社，2002.

[2]姜耀東，陸士良.巷道底臌的機理研究[J].煤炭學報，1994（4）：343-351.

[3]劉泉聲，劉學偉，黃興，等.深井軟巖破碎巷道底臌原因及處置技術研究[J].煤炭學報，2013（4）：566-571.

[4]柏建彪，李文峰，王襄禹，等.采動巷道底鼓機理與控制技術[J].采礦與安全工程學報，2011（1）：1-5.