動壓巷道底鼓機理及控制技術

楊飛飛

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 概況

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2042 巷為204 工作面、206 工作面共用回風巷（沿空留巷），巷道位于井田二采區左翼，巷道東部為井田邊界，西部為830 系統大巷，南部為206 工作面，北部為202 工作面采空區。2042 巷設計長度為1775 m，巷道斷面規格為寬×高=4.4 m×2.9 m，巷道掘進煤層為9#煤層，平均厚度為2.8 m，平均坡度為4°。9#煤層無偽頂，直接頂主要以泥巖及砂巖混合巖層為主，巖層裂隙發育，平均厚度為4.3 m；基本頂主要以細砂巖為主，平均厚度為7.8 m；直接底主要以炭質泥巖為主，平均厚度為3.2 m。

204 工作面已回采120 m，206 工作面正處于準備階段。據現場觀察發現， 2042 巷距工作面18 m處開始出現底鼓現象，最大底鼓量為0.32 m。隨著工作面推進，2042 巷底鼓現象更為嚴重，最大底鼓量為0.75 m，底鼓段長度達31 m，且兩幫出現片幫、移近現象，最大片幫深度1.2 m，最大移近量0.69 m。受底鼓影響，204 工作面在回采過程中不僅移架困難，加大了沿空巷預留難度，而且底鼓后很容易造成巷道圍巖失穩，甚至發生頂板垮落、大面積片幫等重大安全事故。

2 2042 巷底鼓機理分析

（1）集中應力影響

受超前回采應力、斷層構造應力以及206工作面初次來壓等集中應力影響，2043 巷在435～479 m 段圍巖受力破壞嚴重，巷道底板受力鼓起，局部斷裂。

（2）巷幫圍巖穩定性差

2042 巷兩幫主要為204、206 工作面回采煤柱，2042 巷在掘進時受構造應力、巷道開挖應力等產生初次破壞作用，當工作面回采時受回采應力二次破壞作用，導致F6 斷層附近巷幫穩定性差、破壞嚴重，巷幫對回采期間產生的集中相向水平張拉破壞力，傳遞至底板并在底板斷裂處釋放，致使底板鼓起、破碎。

（3）底板軟化失穩

2042 巷底板主要以黑灰色炭質泥巖為主，該巖體呈脆性，巖體單軸抗壓強度不足25 MPa，當巷道受集中應力作用時兩幫煤柱對底板產生剪切破壞作用，底板整體穩定性差。在F6 斷層裂隙帶處局部淋水，最大淋水量為2.1 m3/h，進一步弱化了炭質泥巖強度，導致兩幫失去了底板約束作用，兩幫煤柱壓入底板，致使巷幫與底板同步變形。

3 2042 巷底鼓聯合控制技術

為了解決2042 巷底鼓問題，提高巷道成型率，保證工作面安全快速推進，決定對2042 巷底鼓段采取“注漿加固+水力膨脹錨桿+注漿錨索”聯合控制技術。

3.1 注漿加固巷幫

（1）現場觀察發現，2042 巷底鼓段兩幫煤柱片幫以及收縮位置主要位于巷道底板往上1.5 m 范圍內，最大片幫深度1.2 m，最大巷幫收縮量0.69 m。兩幫片幫、破碎是造成巷幫失穩的主要原因，應采取巷幫注漿加固措施。

（2）從2042 巷440 m 處依次對巷道兩幫施工注漿鉆孔，采用YT-28 型鉆機配套棱形鉆桿以及一字型鉆頭施工鉆孔。鉆孔布置在巷幫距底板1.5 m處，鉆孔直徑為45 mm，深度為3.0 m，間距為3.0 m，鉆孔俯斜向下與巷幫夾角為45°。水力膨脹錨桿支護原理如圖1。

圖1 水力膨脹錨桿支護原理示意圖

（3）鉆孔施工完后，鉆孔內埋入直徑為25 m注漿軟管，軟管外露段與ZBQ50/6 氣動注漿泵連接，進行注漿施工。為了縮短漿液凝固時間，提高注漿影響范圍，注漿液采用聚氨酯粘合劑。該化學注漿材料具有滲透力強、裂隙填充效果好、凝固時間短等優點。

3.2 施工水力膨脹錨桿

（1）水力膨脹錨桿施工原理：水力膨脹錨桿主要是采用柔性可變形材質制成的鋼錨桿，錨桿外徑大于鉆孔直徑，通過高壓水力作用使膨脹錨桿永久變形，錨桿膨脹變形后對錨桿四周巖體產生較大的圍巖應力，從而抑制圍巖裂隙發育；同時錨桿膨脹后會在軸向產生收縮變形，從而對托盤產生主動預緊作用，實現底鼓控制的目的。

（2）水力膨脹錨桿組成：2042 巷底鼓段采用的水力膨脹錨桿長度為1.5 m，錨桿成凹狀型，錨桿內徑為25 mm，膨脹后直徑為32 mm；每排錨桿配套一根梯形梁，梯形梁由3 根直徑為14 mm、長度為4.0 m 圓鋼焊接而成。

（3）施工工藝：① 首先對巷道底鼓段進行起底施工，起底深度0.8 m，起底后保證起底面平整。② 起底后采用風動手持式鉆機對底板施工錨桿鉆孔，每排5 個鉆孔（1#～5#），鉆孔深度為1.5 m，直徑為28 mm，間距為0.9 m，排距為2.0 m。其中1#、5#鉆孔與底板夾角為60°，2#、4#鉆孔與底板夾角為75°，3#鉆孔垂直底板布置，如圖2；③ 鉆孔施工完后，安裝水力膨脹錨桿，在錨桿外露端安裝一根梯形梁，然后采用高壓水槍對水力膨脹錨桿進行高壓注水使其膨脹，注水壓力為3.5 MPa。

3.3 施工注漿錨索

（1）水力膨脹錨桿施工完后，在起底處施工一排注漿錨索鉆孔。每排施工兩個，鉆孔間距3.0 m，排距2.0 m，鉆孔直徑為30 mm，深度為3.0 m。

（2）錨索鉆孔施工完后，安裝一根長度為3.8 m、直徑為17.8 mm 預應力鋼絞線，每一根錨索上捆綁一根直徑為10 mm 注漿軟管，并將注漿軟管與砂漿泵連接進行注漿施工。注漿材料采用砂漿與水玻璃混合漿液，注漿深度為2.5 m。

（3）注漿錨索安裝后，對起底段進行混凝土澆筑。當混凝土澆筑高度達到0.6 m 時，在同一排注漿錨索外露段安裝一根長4.0 m、寬0.15 m的槽鋼，并采用鎖具進行預緊。槽鋼安裝后，繼續澆筑直至澆筑面與設計巷道底部面平整。

圖2 2042 巷底鼓區聯合控制技術施工斷面示意圖

4 結 語

對2042 巷底鼓段采取“注漿加固+水力膨脹錨桿+注漿錨索”聯合控制技術后，巷道底鼓現象得到了有效控制，最大底鼓量為0.27 m，保證工作面安全快速推進，取得了顯著應用成效。

（1）對巷幫煤柱注漿加固后，提高了煤柱整體穩定性及煤柱抗壓能力，通過煤柱巖體采集分析發現，注漿后煤柱單軸抗壓強度提高至51.7 MPa，是原巖體強度的2 倍；注漿后煤柱片幫及收縮現象得到有效控制，最大片幫深度不足0.4 m，最大移進量為0.24 m。

（2）對底鼓段施工水力膨脹錨桿，解決了傳統錨固錨桿在裂隙區錨固效果差、支護效果不明顯等技術難題。現場觀察發現，采取水力膨脹錨桿后，底鼓區裂隙發育速度明顯降低，對巖體裂隙起到了有效的抑制和控制作用。

（3）通過對底鼓段采取注漿錨索，提高了不穩定底鼓巖層與深部穩定巖層膠結穩定性，防止底板巖體出現剝離破壞。