爆破锚杆卸压锚固注浆加固反拱底板技术及施工工艺研究与应用
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【摘要】 由于矿井剩余可采资源不多，为提高矿井服务年限，工作面基本为窄小煤柱布置，巷道底鼓严重，本项目从解决现场实际问题入手，通过现场实践与分析，提出了巷道掘进和回采期间底板治理方案，采用爆破锚杆卸压锚固注浆加固反拱底板技术及施工工艺施工，为类似工程施工提供了依据，具有较高的推广应用价值。
概况
采矿活动中巷道的掘进或回采影响引起围岩的应力状态发生变化，这种变化总的趋势是围岩向巷道内产生位移，尤其是这种位移的不均匀性突出表现在底板上。主要是因为近年采矿深度的增加以及对顶板和两帮的锚固的主动支护性能，致使地压转移。而底臌的治理却一直缺乏即经济又有效的方法。强烈的底臌不仅带来大量的维修工作，增加了维修费用，而且还影响了矿井的安全。
爆破锚杆卸压锚固注浆加固反拱底板技术及施工工艺研究项目在靖远煤业公司红会四矿4701综放工作面运输顺槽掘进过程中进行了施工试验。
4701作面布置在红会四矿西格拉向斜北翼，工作面走向长1300m，倾斜长120m，工作面上邻4601煤二工作面和4602工作面，下部为未开采区，北邻4702工作面，南为井田边界线。该工作面设计采用综放开采技术进行回采。煤层总体趋势是南高北低，南薄北厚，均厚度为6m。工作面老顶为含砾粗砂岩，厚度为17m，直接顶和伪顶缺失，直接底为粉砂质泥岩，老底为细砂岩。4701运输顺槽设计施工长度为1300m，采用锚网支护，在施工过程中巷道在不同位置不同程度发生了底臌现象，底臌量在100-1600mm之间，不能满足巷道的正常使用，往往是前方掘进，后面接着维修，严重影响着矿井正常的采掘接续，提高了支护费用投入。
2. 底板支护研究方案
目前国内外关于巷道底臌的防治措施主要有加固法和卸压法。加固法的主要方法有：1底板锚杆；2底板注浆；3封闭式金属支架；4混凝土反拱等。卸压法的主要方法有：1底板切缝卸压；2底板钻孔卸压；3底板松动爆破卸压；4两帮切槽卸压；5顶部卸压槽等。以上仅是针对岩层巷道，多是从底板对底臌进行控制，而煤层回采巷道底臌的控制一直是个棘手的问题。
2.1 现有治理方案分析
目前，国内外底鼓巷道的支护方法主要有各种形式的可缩性封闭金属支架、底板锚杆、底板注浆、底板卸压及混凝土反拱等。但是每一种支护方法的应用范围是有限的，其主要原因：
① 复杂地层条件下深部巷道的支护理论不完善，支护形式不当；
② 锚杆支护机制不明确，锚杆及参数选择不合理；
③ 锚杆的锚固与破碎的围岩不耦合。
如果底鼓巷道不能选择正确的支护方法和支护参数，往往造成前面巷道刚刚修复好，后面巷道又开始继续变形。在底板方面表现为前面掘进，后面又开始挖底落轨，而且随着修复量的加大，其修复难度和修复费用越来越高。因此，在深部巷道施工及修复过程中，必须根据围岩的地质条件和地压的实际情况选择合理的支护方法及支护参数。
对发生底鼓的巷道，其支护方法应该根据围岩及底板的应力及破坏情况，采用联合支护方法，才能有效地进行支护并控制底鼓的发生。
4. 结论
利用管缝式锚杆的管内爆破，爆炸冲击波在管缝锚杆的底端产生强烈的冲击膨胀作用，使管缝锚杆端部强烈与孔壁挤实并扩张，与岩体形成一体结构。克服了管缝式锚杆的短部锚固力不足的严重缺陷这一长期无法解决的问题。同时，爆破所产生的爆生气体迅速充满管缝锚杆内部，高温高压的爆生气体时管缝锚杆整体再次产生膨胀，与围岩紧密结合使锚杆能够在锚固全长范围内有足够的锚固力。锚杆的锚固效果明显提高。爆破作用在底板产生裂隙带的形成，将导致应力集中向深处转移，这个过程可借助于弹性问题的数值解，炸药的内部作用，一方面表现在形成了空腔、压实了周围的介质，提供了更多的可压缩空间；另一方面，裂隙带构成了地梁效应，阻挡了下部岩层的上鼓。 使用爆破卸压过程的另一个优点是其爆破作用使底板内部岩体裂隙开裂，增加了注浆效果。根据底板力学状况分析，底板弧形可以改善底板的受力状态，更好的承载底部应力，减少底臌量。
经力学分析，当煤层遇到软弱带时利用锚索加固顶板可以使围岩应力发生变化。应力的深部转移可以减少底臌量。
5. 参考文献
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作者简介：张秉钊（1968年至 ），汉族，甘肃白银人，大学学历，现任甘肃靖远煤集团公司红会四矿总工程师，主要从事煤矿生产与技术管理工作。