沿空巷道底鼓破壞與支護技術研究

張付平

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048002）

隨著礦山壓力理論研究的不斷深入和開采技術的不斷發展，沿空掘巷技術在我國得到了廣泛應用。采用沿空掘巷的理論依據為：工作面回采結束，采空區側向上覆巖層運移趨于穩定后，在采空區側向一定范圍內存在低于原巖應力的低應力區，在該區域內掘進回采巷道，由于巷道布置在采空區側向低應力區域范圍內，充分利用低應力區便于維護巷道的特點。沿空掘巷受掘進及二次采動影響，巷道底板易發生嚴重的變形破壞，本文分析了3005 綜采工作面回風巷道底鼓特征及破壞原因，給出了巷道支護方案，為沿空掘巷底板支護提供了參考[1-6]。

1 巷道開采技術條件

3005 回風順槽位于3005 綜采工作面北部，巷道設計為矩形斷面，掘進寬度為3.2 m，掘進高度為2.6 m，凈寬3.0 m，凈高2.4 m。巷道沿3003 綜采面采空區沿空布置，護巷煤柱為8 m，巷道頂板為3 號煤層，煤層上部為泥巖及砂質泥巖，平均厚度為9.27 m，巷道底板為黑色泥巖，平均厚度為3.07 m。巷道原始支護方案為錨桿及錨索聯合支護，頂板及兩幫錨桿規格均為Φ22 mm×1800 mm，頂板間排距為900 mm×900 mm，兩幫間排距為900 mm×800 mm；巷道頂板中部布置1 根規格為Φ17.8 mm×5300 mm 的錨索，排距為1800 mm。

2 巷道底鼓破壞特征及原因分析

2.1 破壞特征

沿空掘進期間3005 回風順槽發生了一定程度的變形，但相對較小，3005 工作面回采期間巷道底板發生大幅度底鼓破壞，具體表現情況為：

（1）回采期間在工作面前方30～50 m 區域內巷道底板發生大幅度破壞，有較大裂縫，工作面附近底板最大底鼓量980 mm，最大裂隙寬度391 mm，位于工作面靠近煤柱一側。

（2）巷道底鼓為非對稱破壞，其中靠近煤柱幫一側底鼓量大于實體煤幫一側。

（3）巷道底板傾斜明顯，無法滿足工作面輔助運輸要求，在工作面前方30 m 處需要人工起底，起底深度為500 mm，靠近工作面附近巷道發生二次底鼓，底鼓量增大300～400 mm。

（4）巷道超前支護的單體立柱穿底明顯，導致立柱支護強度降低，進一步加重了巷道底鼓程度。

2.2 破壞原因分析

根據生產過程中現場觀測，結合巷道實際破壞情況，認為影響巷道底鼓破壞的因素主要有圍巖應力及強度、煤柱寬度和支護方式。

（1）圍巖強度及應力。3005 回風順槽沿煤層底板掘進，巷道底板為黑色泥巖，兩幫及頂板均為3 號煤層。由于底板泥巖屬于軟弱巖層，一方面在掘進及工作面回采過程中巷道受兩次顯著采動影響，底板圍巖體的物理力學性質持續減弱，底板裂隙增大，進一步降低底板框變形能力，導致發生嚴重破壞變形；另一方面沿空掘進后，巷道承載著復雜的地應力，在應力作用下巷道圍巖持續發生破壞變形，表現為在巷道圍巖體最軟弱的底部區域率先發生破壞，且破壞程度最大，導致巷道發生嚴重的變形破壞。

（2）護巷煤柱寬度。沿空掘進后，巷道一側為護巷煤柱，護巷煤柱外側為采空區，另一側為實體煤幫，由于巷道在掘進之前采空區側向煤柱已受上工作面采動影響而發生一定破壞，煤柱結構穩定性變差，抵抗復雜應力的能力大幅度減小，因此煤柱幫結構穩定性對巷道底板破壞變形具有重要影響。

（3）支護方式。3005 回風順槽頂板及兩幫錨桿長度均為1800 mm，底板無支護。由于錨桿有效支護長度較小，在兩次強烈采動影響下極易發生失效現象，巷道圍巖由原來錨桿支護作用下的三向應力狀態變為雙向應力狀態，巷道圍巖體失去約束作用，應力狀態持續惡化，在圍巖體破壞變形過程中進一步增大了巷道底板的破壞程度。此外由于巷道底板無支護，原始自由面在采動影響下極易向巷道空間內部讓壓變形，導致巷道底鼓增大。

3 巷道支護優化

沿空掘進3005 工作面回風順槽一側為護巷煤柱，寬度為8 m，另一側為待采工作面。基于以往的大量研究，沿空煤柱均為窄煤柱，煤柱寬度不大于8 m，結合礦方實際生產情況，本文在現有的煤柱條件下給出巷道底鼓治理方案。

3.1 支護參數優化

以往的研究成果和現場實踐表明，錨桿及錨索支護系統可以使巷道圍巖形成一個整體的承載結構體，有效增大巷道圍巖體的峰后強度和殘余強度，對巷道圍巖穩定具有十分重要的作用。本文通過綜合分析3005 回風順槽的實際生產地質條件、圍巖巖性、錨固體性能、巷道用途等因素，確定了如下支護參數。巷道錨桿支護斷面如圖1。

（1）頂板采用Φ22 mm×2800 mm 型錨桿，每排布置4 根，間距為800 mm，排距為800 mm，中部錨桿垂直于頂板布置，兩側錨桿與豎直方向呈15°夾角，錨桿預緊力在180 kN 以上，扭矩不低于300 kN·m；錨索采用Φ17.8 mm×7300 mm 型高強度鋼絞線，間距及排距均為1600 mm，垂直于頂板布置，錨索破斷載荷不小于350 kN。

（2）煤柱幫錨桿規格為Φ22 mm×2800 mm，每排布置3 根，間距為800 m，排距為700 mm，中部錨桿垂直于煤柱幫，頂部及底部錨桿與水平方向呈15°夾角，錨桿預緊力大于180 kN，扭矩大于300 kN·m。

（3）煤壁幫錨桿采用Φ22 mm×2400 mm 型螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×700 mm，中部錨桿垂直于幫部打設，頂部及底部錨索與水平方向呈15°夾角，錨桿預緊力大于180 kN，扭矩大于 300 kN·m。

圖1 巷道錨桿支護斷面

3.2 底板處理

3005 回風順槽沿底掘進，巷道底板為黑色泥巖，巖層厚度為3.07 m。在實際掘進過程中出現底板破碎和變形時采取注漿加固措施，保證漿體能夠進入底板裂縫，改善底板巖層力學性能。此外在底板開設卸壓槽，使底板應力得到釋放，減小底板底鼓變形破壞。

4 現場實踐

3005 回風順槽在掘進過程中采用優化支護方式后，對巷道進行了現場監測，整個沿空掘進期間巷道頂板最大下沉量為108 mm，底板最大變形量為125 mm，兩幫最大變形量為215 mm。3005 工作面回采期間巷道圍巖變形量如圖2。隨著工作面的臨近，巷道圍巖變形逐漸增大，工作面附近頂板最大下沉量約為250 mm，兩幫累計變形量為425 mm，底板最大底鼓量為350 mm，生產期間無大規模起底，表明底板底鼓得到了有效控制，可以滿足工作面回風及輔助運輸要求。

圖2 巷道圍巖變形曲線

5 結論

在分析3005 回采工作面回風順槽底鼓破壞特征的基礎上，分析了巷道底鼓原因并給出了巷道底鼓的治理方案。實踐表明，巷道底鼓治理方案合理，巷道使用效果良好，可以滿足使用要求。