关于深部开采中防治煤巷底鼓的研究

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【摘 要】深部开采中矿压显现往往比较明显，支护难度增大，如果是煤巷，则支护就更加困难。以某矿3207工作面为例，介绍了深井大断面煤巷防治底鼓的技术，具有一定的参考价值。

【关键词】深部开采；煤巷；底鼓

支护技术是煤矿开采中一个非常重要的研究课题，关系到煤矿的安全生产和经济效益等。随着经济社会的发展，浅部煤层日益减少，矿井逐步向深井发展。开采深度大，矿压显现往往比较明显，支护难度增大，如果是煤巷，则支护就更加困难。在此，本文将介绍一下某矿在实践中总结出的深井大断面煤巷防治底鼓技术。

1 工程背景

某煤矿位于焦作煤田东部，为新建矿井，属于深井开采，设计能力3.2Mt/a。3207工作面区段平巷沿煤层布置，巷道宽5.5m，高3.2m，开采深度大于900m，巷道底板条件差，容易鼓起，区段平巷断面变形严重，阻碍运输、通风和行人，如不采取有效地控制措施，不仅巷道维修成本大幅增加，严重影响矿井正常生产，甚至无法保证职工的生命安全。

2 底鼓机理分析

2.1 煤层赋存条件

该矿井初期开采的二1煤层，赋存于山西组下部，全层厚度1.6～7.6m，平均6.53m，3207工作面平均煤厚6.32m，采煤方法为分层综合机械化开采。二1煤层倾角一般为2～5°，埋深780～860m，其层位稳定，厚度变化不大，节理不发育，结构比较简单，变化规律较明显。

（1）煤直接顶厚3～8m，岩石完整性与稳定性均较好，易于控制，岩性有砂质泥岩及粉砂岩、泥岩和少部分砂岩，砂质泥岩抗压强度8.7～23.7MPa，属半坚硬岩类。零星分布的伪顶厚0.4～0.6m，随采随落。基本顶多为8～12m中粗粒砂岩（大占砂岩），局部变相为砂质泥岩，吸水后抗压强度15.4～80.5MPa，岩石坚硬，稳定性较好。

（2）煤层底板以泥岩、砂质泥岩为主，二1煤下部到第一层石灰岩之间厚度8.32～27.8m，一般10～15m，底板岩层总体完整性较好，但部分泥岩底板有泥化现象。与顶板大占砂岩相对应，底板有中细粒砂岩，厚7.8m左右。

泥岩和砂质泥岩吸水后强度明显降低，泥岩干燥状态下抗压强度24.3～30MPa，吸水后3.9～12.8MPa，砂质泥岩干燥状态下强度13～36MPa，吸水后6～24MPa。但在长达10～30d的岩石浸水实验观测中，各类岩块有泥化、崩解现象，显示了煤层底板岩石遇水发生变化的特点。

2.2 底鼓原因分析

引起巷道底鼓机理的原因归纳起来主要有：巷道埋深800m，巷道围岩应力高，巷道掘进后，巷道底板处于自由面状态，受围岩应力作用，向巷道上方鼓起；岩石具有流变性，底鼓量随时间延长增加，且变形量大；巷道两帮在垂直应力作用下挤压底板，使底板受水平应力作用从而导致巷道底鼓；水对底板的作用，尤其底板为黏土类岩石，遇水后体积膨胀，导致围岩强度降低、易崩解、破碎；巷道净宽大，围岩支承应力高。

3 支护对策

在控制深部大断面煤巷底鼓技术中，采取二次支护技术措施。即，在综掘机开挖巷道后，就进行第1次支护，采用锚网、钢梁、锚索支护；然后在第1次支护的基础上，再进行第2次支护，主要采用U型钢（U型钢用连接件连接成近似椭圆形）+排柱+矸石进行支护。第1次支护是关键，通过锚网、钢梁、锚索的主动支护作用，使两帮和顶板分别保持各自的整体性，提高顶板和两帮围岩的自承能力，并保证第2次支护的空间。第2次支护是通过U型钢架把顶板、两帮和底板形成一个整体，防止巷道出现底鼓、片帮和冒顶现象。2次支护结合了主动支护和被动支护各自优点，并都有各自的关键的支护技术，这是保证巷道工程质量及支护效果良好的关键。巷道支护见图1。

3.1 第1次支护

3.1.1 巷道两帮采用高强锚杆+钢丝网+大托盘

支护技术采用直径为22mm专用螺纹钢加工而成的高强度锚杆，长度为2200mm，间排距为700mm×700mm，托盘采用350mm×350mm×10mm大托盘。用2支树脂锚固剂，型号为K2335。锚杆使用配套标准螺母紧固，螺母扭矩150～200N·m。预紧力80～100kN。大托盘可以增大护帮面积，充分发挥锚杆支护性能，从而提高两帮岩体强度。

3.1.2 顶板采用高强锚杆+大托盘+锚索+钢

梁支护技术为了提高顶板的承载能力，不仅采用了高强锚杆+大托盘支护技术，而且采用锚索+钢梁支护技术。锚杆支护参数同两帮一样。锚索+钢梁支护参数为：锚索采用高强度低松弛7芯钢绞线，公称直径为15.24mm，长度为6300mm，延伸率≥3.5%，间排距为1500mm×2100mm，采用3支锚固剂，1支K2335，2支Z2360，预紧力达到100kN以上，外露长度不超过300mm；钢梁采用11号矿用工字钢，每根钢梁带4根锚索。该支护方式增大顶板支护强度和支护表面积，减少顶板压力通过两帮向底板传递。

3.2 第2次支护

由于主要运输大巷煤层底板岩石是泥岩和砂质泥岩，吸水后强度明显降低，岩块有泥化、崩解现象。如果不对巷道底板进行处理，巷道掘成不久，就会发生底鼓现象，导致巷道断面缩小，阻碍运输和行人，妨碍矿井通风。因此，不得不投入大量人力、物力和资金进行巷道维修工作，甚至造成整条巷道报废，严重影响正常生产与安全。为了避免正常生产期间大量的巷道维修工作量，需对巷道底板进行处理。主要采用U29型钢（U型钢用连接件连接成近似椭圆形）+排柱+矸石进行支护。

3.2.1 整体U29型钢支护技术

U29型钢通过连接件形成一个近似椭圆形的钢架结构，即包括顶部弧形拱、底部弧形拱和中间的柱腿。顶部弧形拱支护顶板不下沉，底部弧形拱防止底板鼓起，中间柱腿防止两帮片帮。U29型钢架外侧与围岩空隙部分用装有矸石和煤炭的编织袋充填，为了防止编织袋从钢架之间垮落，在U29型钢架外侧附有一层大孔眼的钢丝网。底部弧形拱上方也是充填装有矸石和煤炭的编织袋，编织袋上方再铺一层厚厚的矸石，矸石和煤炭可以就地取材。

3.2.2 增加排柱技术

由于巷道断面比较大，巷道的跨度也较大，同时也为了提高U29型钢架的支护强度，因此，在巷道中间增加1排单体液压支柱，单体液压柱间距与U29型钢架间距一致，单体液压支柱穿有钢鞋。

4 支护效果观测

为监测巷道围岩的变形，建立监测站进行矿压观测。经连续观测75d后，测站处巷道已趋于稳定，测得顶板下沉最大值为135mm，底鼓最大值为154mm，两帮移近量最大值215mm。变形量在设计要求范围之内，说明二次支护技术措施是科学、可行的。

参考文献：

[1]赵晓举.平煤集团各矿井巷道底鼓防治技术[J].中国煤炭，2008（7）.

[2]李本涛，袁琦.深部软岩巷道支护技术研究[J].煤矿开采，2007（03）.

[3]张振普，郭军杰.深井巷道底鼓防治技术研究[J].中国煤炭，2009（04）.