6307 軌道順槽底板卸固耦合技術及應用

高久國 趙 健

（1.山東唐口煤業有限公司，山東 濟寧 272055；2.山東能源集團魯西礦業有限公司，山東 菏澤 274700）

唐口礦現有的采場開采范圍內受到濟寧、嘉祥兩大斷層影響，整體形成地塹構造。由于斷層本身的構造應力以及工作面開挖造成的超前支承壓力，巷道很容易發生底鼓，直接影響工作效率，制約安全高效生產[1-2]。對于底鼓問題的治理，巷道底板卸壓取得了理想的治理成果[3-5]，并且有利于巷道長期穩定。為解決唐口煤礦底鼓問題，本文對6307 工作面底鼓防治方案進行設計，以達到實現唐口煤礦高效生產的目的。

1 底板卸固耦合機理及技術

1.1 巷道底煤沖擊及控制機理

根據沖擊啟動理論，沖擊地壓發生過程會歷經三個階段，分別是沖擊啟動、沖擊能量傳遞、沖擊地壓顯現，其中沖擊啟動區是指沖擊地壓發生的空間起始位置。只有明確了解沖擊啟動區的位置，掌握了其演化及形成條件，才能阻止沖擊啟動，從而避免沖擊地壓的發生。在巷道圍巖結構中，最容易發生動力失穩的位置是幫部及底板煤巖體。眾多巷道底鼓案例表明，巷幫中的側向支承壓力和作用在底板煤巖層中的水平構造應力都是巷道底板變形的主要原因。

1.2 底板沖擊防治機理

底板沖擊地壓治理的關鍵是減小底板水平應力和煤柱垂直應力，并對底板采取適當的支護措施。底板高應力集中是沖擊發生的力源，弱化底板的煤巖體，釋放底板的能量，是解決底板沖擊地壓的直接有效途徑。對底板煤層進行強度弱化能直接降低煤層中的水平應力，對兩幫煤體進行強度弱化能降低煤柱的垂直應力集中程度，大大降低底板的沖擊危險性。

根據巷道底鼓的發生機理，在礦井及工作面的設計階段及開采階段可從以下幾個方面入手進行巷道底鼓的治理：

（1）巷道布置應避開構造帶、開采擾動區并選擇底板穩定巖層進行布設。

（2）采取卸壓措施轉移水平構造應力和集中支承壓力。

（3）采取卸壓措施弱化過渡區。

（4）采取支護、注漿等手段加固被動狀態區。

巷道底鼓治理的方法不是一成不變的，應根據具體巷道的地質生產條件，分析底鼓發生的根本原因，從而采取具有針對性的治理手段以減弱甚至消除不利因素對巷道底板的影響。

1.3 巷道底板卸固耦合技術

巷道底鼓的卸固耦合治理方法是基于沖擊啟動理論提出的新型沖擊地壓治理方法，其原理是在巷道幫部或底板通過特定參數的爆破實現將水平構造應力和巷幫集中支承壓力往煤巖體深部轉移，同時根據巷道底板煤巖體的具體物理力學性質及裂隙發育程度等對巷道底板進行錨、注等形式的加固，從而達到從力源與發生條件上對底鼓災害的有效控制。該方法主要適用于由構造應力及巷幫側向支承壓力引起的底鼓災害。巷道卸壓及加固范圍如圖1。

圖1 卸固耦合治理巷道底鼓示意圖

卸固耦合治理底鼓的具體流程如下所述：

（1）對幫頂變形進行處理，保證巷道原斷面；對底鼓處進行拉底作業，為下一步施工及正常運輸做好準備。

（2）施工組合注漿孔，下注漿管并封孔。

（3）利用注漿孔對底板深部進行高壓注漿。

（4）待漿液凝固后在巷道兩幫及底角施工特定參數的卸壓爆破孔。

2 工作面概況

6307 工作面是唐口煤礦630 采區的第三個回采工作面。該面走向可采長里段567 m、外段1067 m，傾向長里段180 m、外段60 m。根據兩順槽、聯絡巷及切眼掘進實際揭露資料，該工作面3 煤層沉積較穩定，煤層厚度在8.1～10.4 m之間，平均厚9.44 m，并且全部可采。

在工作面回采過程中，工作面軌道順槽受超前支承壓力影響巷道底鼓明顯，故而將試驗區域選擇在6307 軌道順槽。6307 工作面軌道順槽與630 軌道運輸大巷相連，主要用于工作面輔助運輸等。該順槽走向長1917 m，巷道坡度較平緩，坡度在0～9°之間，平均3°，為矩形斷面，凈寬5000 mm，凈高3800 mm，凈斷面面積19 m2。

結合工作面參數，采用數值模擬手段對工作面巷道的巷幫支承壓力和底板水平應力分布特征進行了模擬計算，計算結果如圖2。

圖2 巷道圍巖應力分布特征圖

由計算結果可知，工作面回采巷道圍巖在不受采空區側向支承壓力影響時，其垂直應力峰值區深度約為6～15 m，這與現場回采巷道的鉆屑法監測結果基本一致。巷道底板水平應力峰值區深度約為5～11 m。

3 工程應用實例方案

3.1 巷道底板注漿

注漿材料選用水泥—水玻璃雙液漿材，水泥選用42.5 MPa 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比控制在1:2，并且嚴格按照配比施工。對錨索孔深部注漿通過預埋的注漿管來進行，注漿壓力為5 MPa。注漿孔采用五花形式，排距3.0 m，孔間距1.7 m，孔深為6.0 m，如圖3 和表1。

表1 巷道底板注漿孔布置方式

圖3 底板注漿孔布置示意圖（m）

② 爆破鉆孔直徑，根據現有設備設計兩幫和底板炮孔直徑為50 mm。

③ 裝藥量。深孔區間爆破應采用礦用三級乳化炸藥，每卷炸藥直徑為27 mm，長度為300 mm，藥量為200 g/卷。幫部孔裝進33 卷，裝藥深度為5～15 m，裝藥量為6.6 kg；底板孔裝藥時采用炸藥被筒裝藥，三卷并排裝入被筒，每孔裝進81 卷，裝藥區間為4～12 m，裝藥量為16.2 kg；雷管采用同段位毫秒延期電雷管。正向裝藥，雙雷管起爆，連線方式采用“孔內并聯、孔間串聯”。具體爆破參數參見表2。

表2 深孔區間爆破參數

④ 封孔。底板封孔長度不小于4 m，兩幫封孔長度不得少于5 m，并且嚴格封實。

3.2 深孔區間爆破卸壓

（1）爆破區間

根據巷道底鼓發生的機理，在采取深孔區間爆破卸壓治理巷道底鼓時，想要取得良好卸壓效果，垂直應力峰值區就必須包含在巷幫卸壓區間內，底板爆破區間也應置于巷幫支護體的正下方并包含底板水平應力峰值區。

按照深孔區間爆破的設計原則，結合模擬計算的應力峰值區深度，將巷幫爆破區間取為5～15 m，炮孔近水平。底板爆破孔在巷道底角施工，其俯角為66o，孔深12 m，爆破區間為4～12 m。如圖4。

圖4 6307 順槽底板爆破區間圖（m）

（2）爆破施工參數

① 兩幫及底板爆破鉆孔同間距為8 m，兩幫爆破孔距底板1.0～1.3 m。

4 結論

針對巷道底鼓治理問題，治理方案設計應結合實際工作面。在巷道高強度支護的基礎上，底板卸固耦合技術從力源與發生條件上對底鼓災害實現了有效控制。巷道深孔爆破減少了工作量，提高了卸壓效率，有效地提高了巷道底鼓治理效率。在后續對6307 工作面回采過程中的綜采支架壓力、巷道變形等進行的監測，均未超過臨界預警值，并且巷道變形量較小，巷道變形控制效果明顯。如圖5 ～圖6。

圖5 工作面綜采支架阻力變化曲線

圖6 工作面軌道順槽兩幫變形量