回采面超前应力区顺槽底鼓治理技术实践_张敏.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：针对龙顶山煤业9 1 0 3工作面回采至6 3 0m处时，回风顺槽距工作面4 0m范围内出现严重底鼓，导致顺槽设备安装难度大、顺槽成型效果差以及回采难度大的问题，通过分析巷道底鼓机理，拟定采用“深孔卸压+注浆锚索+起底浇筑”联合控制技术解决巷道底鼓问题。经实际应用表明，采取联合控制技术后，9 1 0 3工作面回风顺槽底鼓量由原来的0.5 2m控制在0.2 2m以下，取得了显著应用成效。关键词：回采巷道；底鼓机理；注浆锚索；深孔卸压中图分类号：TD3 2 2+.1；TD3 5 3+.5文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 3 7-0 3Practice of Floor Heave Control in Entry of Advance Stress Area in Stope FaceZhang Min(Shanxi Gaoping Kexing Longdingshan Coal Industry Co.,Ltd.,Gaoping,Shanxi 048400)Abstract:In view of problems such as the serious floor heave,the difficulty installment of the entry equipment,the poor shapingeffect of the entry and the difficulty of mining within the range of 40 m from the return air entry to the working face,while miningat 630 m in 9103 working face of Longdingshan Coal Industry,by analyzing the mechanism of roadway floor heave,the combinedcontrol technology of deep hole pressure relief,grouting anchor cable and bottoming pouring is proposed to solve the problem ofroadway floor heave,whose practical application shows that the floor heave of the return air gateway at 9103 working face iscontrolled below 0.22 m with the original 0.52 m.Key words:gateway;mechanism of floor heave;grouting anchor cable;deep hole pressure relief回采面超前应力区顺槽底鼓治理技术实践张 敏（山西高平科兴龙顶山煤业有限公司，山西高平0 4 8 4 0 0）综采工作面在回采过程中在工作面前方3 0 5 0m范围内产生应力影响区，当工作面过断层、采空区、老空区时出现应力集中现象，从而导致应力影响区巷道围岩出现应力显现现象，主要表现在两帮收拢、顶板下沉、底板鼓起等1-4。一旦出现底板鼓起现象时，不仅影响巷道成型率，无法保证巷道断面规格，而且底板鼓起降低了两帮支撑强度，很容易造成两帮煤体垮落，不利于工作面后期安全回采。本文以龙顶山9 1 0 3工作面为工程实例，对工作面回采过程中运输顺槽底鼓原因进行分析探讨后,再采取有效应对措施解决巷道严重底鼓的问题。1工程概况山西高平科兴龙顶山煤业有限公司9 1 0 3工作面布置在9 1 0 1采区以北，工作面以北为实煤区，以南为9 1 0 1工作面采空区，以东依次布置采区运输大巷、采区胶带大巷以及采区回风大巷。9 1 0 3工作面自2 0 2 1年8月1 4日开始回采，工作面设计走向长度为22 1 8m，倾向长度为1 9 0m，回采煤层为9#层，平均倾角为4，煤层顶底板岩性如表1所示。表19103工作面9#煤层顶底板岩性顶底板名称岩石名称厚度/m岩性特征老顶K5石灰岩5.8灰色，厚层状，夹多层碎石，偶见角砾状灰岩，具波状水平层理。具缝合线，底部含大量动物化石，局部地段相变为中砂岩。直接顶砂质泥岩6.2黑灰色，含大量植物化石。直接底炭质泥岩7.0黑灰色，含大量植物化石。老底K4石灰岩2.3灰色，厚层状，夹多层碎石，偶见角砾状灰岩，具波状水平层理。具缝合线，底部含大量动物化石。9 1 0 3工作面采用综合机械化回采工艺，截至2 0 2 1年1 2月1 1日工作面已回采6 3 8m。工作面回采至6 3 0m处位于回风顺槽侧揭露一条F2逆断层，断层落差为1.8m，倾角为4 2，断层从南部9 1 0 1采空区以6 2 斜角侵入工作面，对工作面回采走向影响长度为4 7m，倾向影响长度为3 5m（在1 1 8#9 7#支架前方逐渐揭露）。工作面回采至6 3 0m处时回风顺槽围岩出现应力显现现象，主要表现为煤壁侧巷帮垮落、底板鼓起以及顶板下3 7江西煤炭科技2023年第1期沉，当工作面回采至6 3 8m处时回风顺槽距工作面4 0m范围内底板出现严重鼓起现象，最大底鼓量达0.5 7m，底鼓区表现为中部断裂，两侧下陷，两侧巷帮煤帮与底板夹角为8 7，巷道断面收缩量达2 5%，超前支架过底鼓区难度大，出现倾架、倒架现象。2底鼓原因分析1）集中应力影响。9 1 0 3工作面在回采过程中受构造应力、9 1 0 1采空区残余应力以及回采超前应力等集中应力影响，回风顺槽超前应力区围岩处于受力不平衡状态，两帮煤柱垮落破碎，造成煤柱支撑强度降低，应力沿煤柱传递至底板，对底板出现剪切破坏作用5，破坏底板连续稳定的承载结构；同时采空区残余应力对采空区侧巷帮以及底板产生水平剪切作用，造成底板在应力作用下向中部“隆起”断裂，底板断裂后应力在裂隙处释放，致使底鼓断裂区逐渐扩大。2）底板岩层稳定性差。9 1 0 3回风顺槽底板岩体为炭质泥岩，岩体单轴抗压强度为2 0M P a，岩体整体抗压强度低，而且受9 1 0 1工作面采空区积水影响，巷道底板受采空区积水被软化，岩体结构稳定性差。3）支护不合理。9 1 0 3工作面在回采过程中对顺槽应力区采取支设单体柱进行加强支护，每排支设3根，支设间距为1.5m，排距为1.0m。由于回风顺槽受集中应力影响顶板出现变形下沉，单体柱受顶板压力较大，单体柱在受力过程中由于底板岩层稳定性差，柱底插入底板内破坏了底板岩层的整体承载结构。3底鼓治理技术根据9 1 0 3回风顺槽底板受力情况，决定对底板弱化层采取起底、硬化进行加固，对巷道两帮侧底板施工卸压孔进行围岩应力释放，并对巷道中部底板采取注浆锚索加固，提高底板抗载荷强度。1）起底硬化。对回风顺槽采取全长起底分段硬化。根据钻孔观察发现回风顺槽底板软化层厚度在0.5 0.8m范围内，决定起底硬化厚度为1.0m。主要工艺如下：采用松动爆破起底施工工艺，每次起底长度为3 0m，起底深度为1.0m，每排布置5个松动爆破孔，钻孔与底板布置斜角为7 5，爆破孔布置排距为2.0m。松动爆破孔施工完后对钻孔内填装一支矿用乳化炸药以及一支毫秒延期电雷管，并采用水炮泥封孔，封孔深度为0.5m，雷管采用串联连接方式，每次爆破5个爆破孔。起底爆破后及时清理煤矸并对底板进行整平，然后进行混凝土硬化，采用分段硬化方式，每次硬化长度为5.0m，硬化前采用盒板支设浇筑模，浇筑时每浇筑厚度0.5m铺设一层钢筋网。相邻两段浇筑区预留宽度为0.1 5m卸压槽，卸压槽内安装“凹”型槽钢对浇筑侧面进行保护，具体情况如图1所示。图19103回风顺槽底鼓区联合支护技术2）深孔卸压。主要工艺如下：（1）卸压孔布置，超前工作面5.0m处开始布置卸压钻孔，每排布置2个，钻孔深度为5.0m，直径为4 5mm，钻孔布置间距为3.2m，排距为5.0m，钻孔开口位置距巷帮间距为0.8m，钻孔与底板布置斜角为8 7。（2）卸压管及护孔管安装，卸压钻孔施工完后对钻孔安装卸压管及护孔管，底端为预裂爆破卸压管，管长为1.5m，直径为4 2mm，预裂卸压管两侧各布置一个“D”型槽，“D”型槽向采空区方向布置，位于孔口处安装护孔管，护孔管长度为2.5m，直径为4 2mm，护孔管四周均匀布置卸压小孔，孔直径为1 2mm，孔间距为0.3m，卸压管与孔口管之间采用水炮泥充填，充填长度为1.0。（3）预裂爆破施工，对卸压孔底端安装一支矿用乳化炸药以及一支毫秒延期电雷管，每次爆破两个卸压孔，工作面推进5.0m爆破一组预裂孔。3）注浆锚索。为了将地板弱化层与稳定层加固为一体，决定对底鼓区施工注浆锚索。传统的单注浆工艺属于一种被动支护，具有堵水、提高围岩抗压强度等作用。而注浆锚索支护不仅可以改变破碎围岩微结构、空隙以及物质结构成分6，而且可以改变围岩力学性质，注浆锚索支护后可将破碎围岩注浆3 8江西煤炭科技2023年第1期加固后锚固成整体，提高围岩抵抗外力破坏能力。（1）注浆锚索结构：9 1 0 3回风顺槽底鼓区施工的注浆锚索为9芯中空钢绞线，注浆锚索主要由锚固段、主副出浆孔、注浆管（柔性注浆管、刚性注浆管）以及止浆塞等部分组成，如图2所示；注浆锚索长度为4.5m，直径为2 8mm，中部注浆孔直径为1 5mm。图2注浆锚索结构及安装（2）注浆材料及锚固材料：注浆材料采用聚氨酯有机化学材料，与马丽散相比具有凝固速度快、渗透能力强、凝固体具有超强抗压强度等优点7。由于钻孔在施工过程中会出现孔内积水现象，故采用新型锚固材料进行锚固。新型锚固材料主要有硅灰、矿粉、偏高岭土、聚丙烯纤维素等组成，配比为1.5%0.1%1 2%0.0 5%，其固化体抗压强度为6 5M P a，体积膨胀率为4.2%。（3）注浆锚索施工：注浆锚索采用“三.二.三”布置方式，布置排距为3.0m，间距为2.0m。采用Y-2 8型钻机进行钻孔施工，钻孔深度为4.5m，直径为3 5mm。钻孔施工完后填充新型锚固剂进行锚固，锚固后将注浆管与注浆泵连接，并在锚索端头安装止浆塞，开启注浆泵进行注浆施工，注浆压力为3.0M P a。4应用效果为了验证底鼓控制效果，在回风顺槽6 5 0m（采取措施处）以及6 6 0m（未采取治理措施处）分别布置测站1#、2#，对底鼓区围岩变形情况进行监测，监测数据分析如图3所示。从监测结果来看，采取底鼓控制技术前9 1 0 3回风顺槽在0 1 5d范围内受集中应力影响底鼓量呈急剧上升趋势，在2 4d后趋于稳定，最大底鼓量为0.5 2m；而采取底鼓控制技术后巷道在0 1 4 d范围内底鼓量同样呈急剧上升区域，但是底鼓量相对较小，在1 6d后趋于稳定，最大底鼓量为0.2 2m，控制巷道底鼓修效果明显。5结论1）对9 1 0 3回风顺槽底板底鼓区进行起底硬化，人工改善底板弱化层结构，一方面提高弱化层整体抗压强度，防止弱化层断裂、破碎，另一方面起到防水、堵水作用，避免水侵软化现象。2）对9 1 0 3回风顺槽底板底鼓区采取深孔卸压后，降低了围岩传递应力剪切破坏作用，改善了巷道围岩应力环境，避免底岩在应力作用下出现底鼓、断裂现象。3）通过对9 1 0 3回风顺槽底板底鼓区施工注浆锚索后，实现了锚索支护与注浆加固协同作用，注浆锚索支护在对底板破碎岩体填充加固的同时将弱化层与坚硬底板连为整体，从而进一步提高底板整体稳定性。参考文献：1 李楠.高应力软岩巷道底鼓机理及帮底协同控制技术J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 2，4 1（4）：5 3-5 8.2 杨晋泽.元甲煤业2 0 1 0 1运输巷底鼓治理研究J.山东煤炭科技，2 0 2 2，4 0（3）：2 1-2 3.3 贾凯.复杂条件下风桥安全快速施工工艺优化J.江西煤炭科技，2 0 1 9（2）：4 9-5 0，5 5.4 景贺.新型锚固材料控制巷道底鼓技术研究J.邹城：煤矿现代化，2 0 2 1，3