大采高工作面沿空留巷巷道底鼓治理技术研究与实践浅析

大采高工作面沿空留巷巷道底鼓治理技术研究与实践浅析

檀小胜

（鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

摘要：大采高工作面沿空巷道受工作面开采的动压影响,巷道矿压显现剧烈、底鼓变形严重,严重制约了综采工作面安全快速回采。通过对沿空巷道底板采用注浆加固前后的矿压显现规律进行综合分析,得出有效控制巷道变形的底板注浆加固实施方案，并为色连二矿其他工作面巷道底鼓控制提供了良好的借鉴。

关键词：沿空巷道；底鼓；注浆加固；巷道变形

长期以来，国内外许多专家学者对煤矿巷道底鼓机理和控制技术作了大量的研究分析工作[1]，提出了许多底鼓控制技术[2]。研究表明，引起巷道底鼓的因素有很多，其中较为突出的几个因素是底板岩层性质、围岩应力、水理作用、岩体强度和地温等[3]。有效控制底鼓的方法大致分为两类:一类是预防底鼓，即提前采取措施将底鼓量减少到允许的范围内；二是抑制底鼓，将巷道已发生底鼓的部分岩石清除，恢复巷道断面积[4]。

1工程概况

色连二矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区罕台镇，主要开采3-1、4-1煤层，12412综采工作面位于4-1煤层北部，该工作面走向长240m，倾向长2890m，煤层平均厚度为3.5m，煤层倾角为1°，顺槽正常涌水量为0～4.2 m3/h，最大涌水量22.25m3/h。该工作面胶带顺槽布置设备列车，担任进风、运料任务，回风顺槽担任回风、运料任务，回风顺槽掘进宽度5100mm，掘进高度3750mm，净宽5000mm，净高3500mm，掘进断面19.125㎡，净断面为17.5㎡，巷道原始支护方式为锚梁网索。为提高资源回收率，缓解采掘接替紧张的局面，工作面回采过程中采用沿空留巷的方式将回风顺槽保留作为相邻12413综采工作面的回风巷道。该工作面回风顺槽的底板为3.5m厚的砂质泥岩，在工作面回采过程中，砂质泥岩遇水软化底鼓严重，抗压强度由原来的23.9MPa下降至4.17MPa，因工作面回采速度较快，需不断进行卧底作业以保证回风巷道正常运输作业，为有效控制巷道底板变形，提高工作面回采速度，现对巷道底板变形进行研究控制，工作面回风顺槽底鼓防治采用底板强化注浆技术方案，在工作面回风顺槽退尺1650-2000m的退尺区段内进行，总长度为350m。

2底鼓原因简析

色连二矿所属区域内岩层为侏罗系地层，地层成型后以版块抬升为主，水平方向没有明显的构造运动，区域内的构造应力不明显，原始应力以自重应力为主。对比12412工作面胶带顺槽的变形情况可以确定，回风顺槽底臌严重的原因不只是构造应力。12412工作面回风顺槽严重底臌的原因有两个：第一，回风顺槽采用“110工法”实施沿空留巷，工作面回采过程中形成了巨大的支承压力；第二，回风顺槽直接底为砂质泥岩，厚度约3.5m，老底为中粒砂岩，厚度约8.9m，侏罗系地层成岩年代较晚，胶结不充分，无论是泥岩还是砂岩均具有明显的遇水弱化特征。地质勘察资料显示4-1煤底板砂质泥岩自然状态下的抗压强度约23.97Mpa，但是吸水后的强度为4.17Mpa，砂质泥岩层的软化系数为0.17，即该岩层遇水后仅能保持原强度的17%。

3围岩变形控制技术机理

巷道开挖后，围岩破碎变形区域不仅在两帮及顶板产生，还在底板一定深度范围内发育。顶板、两帮及底板的破碎区域相互联通，形成了松动圈。现有的支护方案特别强调顶板及两帮的维护，底板的支护强度较小，甚至为零，故巷道的变形破坏大都从底鼓开始，且底鼓不治，巷道变形永不停息。为此，可采用浅、深孔注浆的方法控制围岩变形，底板浅、深孔注浆将深部破碎的围岩能够胶结成整体，可以较好的维护围岩稳定，在较大范围内强化岩体的力学性能，改变围岩岩性，使围岩能较好地与支护体形成整体承载结构，提高整体承载结构的承载能力，从而控制巷道发生变形。

4底板注浆方案设计

选定的试验顺槽总长350m，从退尺1650m退尺开始，每50m长度的顺槽作为一个施工区段，每个区段内均进行浅部、深部注浆，依次对7个区段进行底板注浆加固，完成底鼓防治方案。每个区段内的施工步骤为：

第一步：浅部注浆。在巷道底板中心线上，垂直底板向下以5m的间距施工深度为1.5m、直径不小于36mm的第一批浅层无压注浆孔。注浆管为普通的6分镀锌管，长度900mm，封孔长度400mm。50m长度范围内的顺槽的第一批浅层无压注浆孔全部施工完毕后开始进行浅部注浆，此时，每个钻孔的注浆量不尽相同，最初的注浆孔水泥消耗量可能超过10袋甚至更多，止浆压力为2-3MPa，若某个钻孔出现刨浆现象则立即停止该孔的注浆工作。

浆液水灰比为0.8:1，施工过程中可根据现场情况略微调整，但是水灰比不得大于0.9:1。为了保证注浆效率，并减少堵管现象的发生，施工过程中准备两个注浆桶同时拌浆。每50m长度范围内的第一批浅部无压注浆孔共10个。

第二步：中深部位注浆。浅部注浆孔全部完成注浆工作后，在巷道中心线南北两侧距巷帮1.0m处，施工深度3.5m、直径大于36mm的中深部位注浆孔。中深部位注浆孔间距3.1m，排距5m，与浅部孔插花布置。中深注浆管长度2300mm，封孔长度600mm，止浆压力为6MPa，其余参数与浅部孔完全相同。

5 效果分析

底板注浆起到填充底板裂隙空间、排水和黏结破碎岩体的作用，在对12412工作面回风顺槽退尺1650-2000m段实施底板注浆加固试验后，为检验底板注浆加固变形的控制效果，对底板注浆试验段布置测点进行变形监测，通过监测距采煤工作面不同距离的各个监测点的巷道底板变形量来分析确定巷道的稳定程度，从而对该注浆方案在色连二矿特殊地质条件下的可行性进行评价。本次监测在退尺1875-1965m区间选取10个断面布置10个测点，以观测底板底臌变形量，每个断面布置一个测点，每两个相邻测点距离为10m。

根据底臌变形量统计数据分析可知，在工作面回采通过注浆段巷道位置，且工作面采空区顶板动压影响稳定后，注浆段巷道底板变形较未注浆段巷道底板变形大大减小，注浆段巷道各测点最大底板变形量在200mm左右，且无成片底臌现象发生，因此该底板注浆加固方案完全可以达到预期控制底鼓变形效果，并且在试验段全长范围内都能够满足安全行车和生产作业的要求。

6 结束语

以上充分证明了色连二矿12412综采工作面回风顺槽底板注浆加固方案的科学性和可行性，并且可以确定浅、深孔注浆方案能够有效控制遇水易软化底板围岩的变形，研究为色连二矿其他工作面提供了良好的借鉴。

参考文献：

[1]薛吉胜,康立军,毛德兵.采动影响下底板巷道围岩变形观测与分析[J].煤矿开采.2012,(1).105-107,82.

  [2]王建峰.浅析巷道底鼓机理及其防治措施[J].中国科技投资，2012，21（27）：243-245.

  [3]李恭利.回采巷道底鼓原因分析及控制技术[J].科技致富向导，2013，22（9）：113-114.

  [4]陈见行，黄继达，韩志婷.浅析巷道底鼓机理及其防治措施[J].煤矿现代化，2010，24（3）：128-129.