30407運輸巷底鼓防治措施及其效果監測

張曉軍

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

隨著開采深度的不斷增加，煤礦井下巷道圍巖變形位移問題進一步突出，給巷道日常使用以及維護帶來很大困難。其中，頂板和兩側巷幫位移問題已基本能夠得到控制，但是底板鼓起現象卻難以得到有效解決[1-2]。巷道底鼓量過大會造成巷道斷面縮小，巷道高度降低，對生產效率和運輸能力造成嚴重影響，同時還會造成通風能力受限，造成生產現場風量不足等安全隱患[3]。本文針對南凹寺煤業30407 工作面運輸巷底鼓情況，結合工作面地質條件，采用底板鉆孔孔內監測的方式對底板圍巖位移情況進行監測分析，并在巷道兩側布置泄壓鉆孔，對巷道底板圍巖進行泄壓、加固，可使巷道底鼓變形得到控制。

1 工作面概況

南凹寺煤業30407 工作面采用走向長臂式綜合機械化采煤工藝，主采3#煤層。地質勘探資料顯示，3#煤層老頂巖性為粉砂巖，厚度為2.3～2.7 m，均厚2.5 m，硬度系數為6～10；直接頂巖性為泥巖，厚度為3.4～3.6 m，均厚3.5 m；直接底巖性為鋁質泥巖，均厚2.5 m，硬度系數為4～6，巖性較軟。運輸巷高度為3.3 m，巷寬4.6 m，支護形式為錨網索聯合支護，沿煤層底板掘進，運輸巷北側為30405 采空區。在掘進過程中，受采空區以及底板軟巖影響，底板鼓起現象嚴重，工作面通風能力以及運輸能力受到了限制，對巷道正常掘進造成很大影響，同時還對工作人員的安全帶來威脅。

2 巷道底板圍巖位移監測及鉆孔窺視結果分析

為了能夠詳實準確的測得巷道底板圍巖位移，使用底板鉆孔孔內實時監測的方式獲取相關數據，在巷道底板打設監測鉆孔，然后在孔內放置監測器，實時監測孔內各個方向地應力和鉆孔變形數據，通過鉆孔內部監測數據來分析孔內圍巖的穩定性，并判斷巷道底板圍巖的位移情況。

2.1 底板監測鉆孔布置

底板監測鉆孔設計打設8 個，分為兩組，每組4個孔。第一組1#～4#鉆孔布置在采空區側煤柱附近底板處，孔間距2 m，孔徑Φ32 mm，孔深2 m；第二組5#～8#鉆孔布置在巷道中心附近，孔間距2 m，孔徑Φ32 mm，孔深2 m，兩組鉆孔間距2 m。為了保證檢測數據詳實可靠，在每個鉆孔0.4 m、1.1 m、1.8 m 孔深處分別放入監測器，每個鉆孔3 個檢測器，1#～8#鉆孔編號對應為字母A～H，根據檢測器放置深度的不同，監測器編號為A1、A2、A3～H1、H2、H3。30407 工作面及監測鉆孔布置見圖1。

圖1 30407 工作面及監測鉆孔布置

2.2 數據采集及分析

巷道底板孔內監測周期共計15 d，每天收集8個鉆孔，共計24 個監測器所測數據。數據經應變處理后，可得孔內應力變化及孔內各深度水平位移情況。圖2～圖4分別為8 個鉆孔0.4 m、1.1 m、1.8 m深度圍巖水平位移日平均曲線。

圖2 0.4 m 孔深圍巖水平位移日平均曲線

圖3 1.1 m 孔深圍巖水平位移日平均曲線

圖4 1.8 m 孔深圍巖水平位移日平均曲線

由圖2～圖4可知，鉆孔各深度孔內變形量變化幅度較小，各孔深變形量均在2.5 mm 范圍之內，而且均為水平方向變形。由此可知，巷道底板圍巖位移受水平方向應力影響較大。

各鉆孔內水平位移量累計變化曲線見圖5～圖7。

圖5 0.4 m 孔深圍巖累計位移曲線

圖6 1.1 m 孔深圍巖累計位移曲線

圖7 1.8 m 孔深圍巖累計位移曲線

相關研究結果表明，不同孔深處圍巖位移情況也有所區別，越深入底板處圍巖位移量越小。因此，底板圍巖深部比淺部更具穩定性，巷道底鼓現象受淺部圍巖變形影響更大[4]。

本項目現場測試也得出相同結論：由圖5～7 可知，15 d監測周期內，各鉆孔所測圍巖位移量在20 mm左右，巷道底板圍巖位移量會隨時間逐漸增大，時間越長巷道底板圍巖穩定性越差。由于第一組監測孔尤其是A孔布設位置靠近采空區側煤柱，采空區應力通過煤柱傳遞，導致該側巷道應力較為集中，底板圍巖位移量比巷道中心底板圍巖位移量更大。

2.3 孔內窺視分析驗證

為進一步確定監測孔內所測數據的準確性，分別對兩組鉆孔內部進行了窺視驗證。圖8為靠近巷道中心側底板孔窺視結果，圖9為靠近采空區煤柱側底板孔窺視結果。

圖8 巷道中心側底板孔窺視

圖9 采空區煤柱側底板孔窺視

鉆孔窺視結果表明：采空區煤柱側的鉆孔縮進程度明顯比巷道中心側鉆孔要大，說明采空區煤柱側底板圍巖穩定性較差，這與底板鉆孔監測數據分析結果相符。

綜上所述：運輸巷巷道底板圍巖受北側采空區影響，采空區應力由煤柱傳遞，導致該側底板圍巖水平應力過于集中，底板圍巖變形嚴重。

3 巷道底鼓防治

3.1 巷道底鼓治理方案

為有效解決巷道底鼓問題，決定在巷道兩側布置鉆孔，對靠近采空區煤柱一側進行打鉆卸壓，對巷道中心側底板圍巖進行鉆進充填加固。鉆孔技術參數如下：

（1）鉆孔直徑。根據底板加固基于強化底板圍巖物理強度的原理，打設加固鉆孔放入加固裝置時鉆孔直徑越大，底板加固效果越好[5]，由于南凹寺煤業在冊鉆機配備的鉆頭最大直徑為75 mm，因此，確定底板加固孔直徑為75 mm。

（2）鉆孔深度。為能夠最大程度發揮充填加固的效果，將底板注漿加固鉆孔深度確定為3.5 m。根據抗讓結合的原理，注漿充填加固部位定為鉆孔中部，裝置上、下各留25 mm 的水平變形空間[6]（見圖13）,以便讓出圍巖基本的水平變形空間，充分發揮充填加固的作用。

（3）鉆孔間距。根據充填加固原理，底板加固孔排列越緊密，對底板加固效果越好[7]，原則上在保證底板充填加固效果能夠滿足生產需求的情況下，盡量減少成本投入；因此，鉆孔間距確定為1 m，泄壓孔間距布設為0.5 m。底板加固鉆孔以及泄壓孔布置見圖10。

圖10 底板加固鉆孔和泄壓孔布置

3.2 底鼓防治技術應用

治理方案以及技術參數確定后，在30407 工作面運輸巷距切眼100～150 m 范圍內進行底鼓防治技術試驗，見圖1；設置了4 處底板圍巖位移觀測點，觀測工作面采動期間以及停采期間巷道底板圍巖位移變化數據。結果表明，工作面停采期間，治理段巷道底板比未治理段巷道底板圍巖位移量顯著減少，并且圍巖位移趨勢在20 d 后穩定，位移量對比見圖11；工作面采動期間，治理段巷道底板變形量同樣大幅小于未治理段巷道，見圖12。

圖11 停采期間底板圍巖位移量對比

圖12 采動期間底板圍巖位移量對比

巷道經過鉆孔卸壓以及底板充填加固后，巷道底板圍巖穩定性得到了顯著提升，采空區煤柱側打設鉆孔卸壓，將采空區煤柱側底板所承受的高水平應力向圍巖深部轉移，皮帶側所打設的底板充填加固孔能夠改善底板圍巖的傳播路徑，使巷道底板更加穩定[8]。圖13為巷道底板應力傳播路徑防治前后對比。

圖13 巷道底板應力傳播路徑防治前后對比

4 結論

30407 工作面運輸巷在采掘期間頻繁出現底板鼓起現象，嚴重影響到工作面正常生產以及運輸通風。因此，結合工作面地質條件分析研究了底鼓現象產生的原因，并通過實地測量獲得了大量準確詳實的圍巖位移數據，并采取針對性手段對其進行防治。

1）通過巷道打鉆監測的方式對巷道底鼓情況進行測量分析，得到了煤柱側巷道底板鼓起現場較之巷道中心測更為活躍，原因是靠近煤柱側巷道受采空區影響，應力集中導致巷道底板圍巖位移嚴重。

2）南凹寺煤業根據現場實測結果結合地質資料，制定了煤柱側打鉆卸壓，巷道中心附近打孔加固的防治技術方案及鉆孔布置參數。

3）在30407 工作面運輸巷切眼向外100～150 m處現場實踐應用后發現，治理段巷道在回采過程中巷道底鼓現象比未治理巷道明顯減弱，治理效果顯著。