窄煤柱沿空巷道底鼓控制技術(shù)研究

衛(wèi) 然

(西山煤電(集團(tuán))公司 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

底鼓是煤礦巷道中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，巷道底鼓后巷道斷面縮小、阻礙運(yùn)輸、通風(fēng)和人員行走，因底鼓而造成巷道報(bào)廢的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)和威脅工人生命安全。本文在總結(jié)分析前人研究成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用理論分析、數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，以某礦10209 回風(fēng)順槽為工程背景，對(duì)沿空巷道底鼓的控制技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)巷道地質(zhì)條件

10209 工作面位于礦井的北中部。膠帶順槽從2#煤層回風(fēng)大巷算起為1 798.1 m;回風(fēng)順槽從2#煤層回風(fēng)大巷算起為1 728. 3 m;工作面平均長(zhǎng)度為1 763.2 m，工作面寬度為239.8 m。工作面面積為422 815.4 m2。

工作面東側(cè)為10207 工作面;南側(cè)是2#煤層回風(fēng)、膠帶和輔運(yùn)3 條大巷;西側(cè)為實(shí)體煤。10209 工作面回風(fēng)順槽采用沿空掘巷，待10207 工作面頂板穩(wěn)定后，沿10207 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)，兩工作面之間留設(shè)5 m 的煤柱。工作面布置圖見(jiàn)圖1。

根據(jù)10209 工作面的地質(zhì)條件和實(shí)際生產(chǎn)需要，確定其回風(fēng)順槽巷道斷面為矩形，凈寬度為4.8 m，高為3.2 m，凈斷面為15.36 m2，巷道沿中線掘進(jìn)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，決定采用以下的模擬步驟和方案來(lái)確定工作面巷道的支護(hù)方案:

圖1 10209 工作面布置圖

2 巷道底鼓治理方案

方案一:分別對(duì)10209 回風(fēng)順槽采用幫頂錨桿支護(hù)、全斷面錨桿(兩幫及頂?shù)装宕蝈^桿)支護(hù)下巷道的表面位移變化進(jìn)行對(duì)比，從而確定10209 回風(fēng)順槽的合理支護(hù)方式。

方案二:在方案一的基礎(chǔ)上，對(duì)錨桿的具體參數(shù)(包括長(zhǎng)度和直徑)做進(jìn)一步的模擬分析，組合方案見(jiàn)表1。

表1 兩種狀態(tài)下圍巖移近量對(duì)比表

由表1 可以看出，巷道開(kāi)挖引起的擾動(dòng)，使得周邊巖體向巷道空間移動(dòng)，巷道開(kāi)挖穩(wěn)定以后，對(duì)巷道幫部和頂板采用錨桿支護(hù)，頂板下沉量為135 mm，實(shí)體煤幫為100 mm 以下，煤柱幫達(dá)到150 mm 左右，底鼓量高達(dá)380 mm，不能滿足生產(chǎn)、行人的需要，需對(duì)巷道進(jìn)行進(jìn)一步的控制。在原來(lái)的基礎(chǔ)上對(duì)巷道底板進(jìn)行錨桿支護(hù)，通過(guò)模擬可以看出，巷道得到更為有效的控制，底板鼓起量控制在130 mm 以下，同時(shí)，兩幫及頂?shù)装逡平恳驳玫搅诉M(jìn)一步的改善。

為選擇合適的支護(hù)參數(shù)，對(duì)不同錨桿長(zhǎng)度以及直徑的組合進(jìn)行模擬，錨桿長(zhǎng)度范圍2.0 ～2.4 m，直徑范圍20 ～24 mm 分成6 組進(jìn)行數(shù)值模擬，下面對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，錨桿支護(hù)參數(shù)數(shù)值模擬方案見(jiàn)表2。

表2 錨桿支護(hù)參數(shù)數(shù)值模擬方案表

根據(jù)上述的模擬方案分別從錨桿直徑和長(zhǎng)度兩個(gè)方面對(duì)其巷道進(jìn)行模擬計(jì)算，得到的巷道圍巖變形情況見(jiàn)表3，4。

表3 不同錨桿長(zhǎng)度時(shí)圍巖變形特征表

表4 不同錨桿直徑時(shí)圍巖變形特征表

通過(guò)對(duì)上述模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論:

1)當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，錨桿長(zhǎng)度從2.0 m 增加到2.2 m，頂板下沉量和兩幫移近量有一定的減少，底鼓量減少了36 mm，而錨桿長(zhǎng)度從2.2 m 增加到2.4 m，支護(hù)效果沒(méi)有明顯增加?？紤]現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件及支護(hù)成本，錨桿長(zhǎng)度確定為2.2 m。

2)同樣，當(dāng)錨桿直徑從20 mm 增加到22 mm，圍巖變形也有一定程度的減少，而當(dāng)直徑增加到24 mm時(shí)，圍巖變形量較22 mm 時(shí)圍巖控制改善幅度不大。由此錨桿直徑確定為22 mm。

通過(guò)理論計(jì)算、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等手段進(jìn)行研究分析，確定了10209 工作面回風(fēng)順槽的支護(hù)方案見(jiàn)圖2，主要參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 10209 回風(fēng)順槽錨桿支護(hù)主要參數(shù)表

圖2 10209 回風(fēng)順槽支護(hù)效果圖

3 結(jié) 語(yǔ)

沿空巷道圍巖性質(zhì)、圍巖應(yīng)力和支護(hù)強(qiáng)度是導(dǎo)致巷道底鼓的重要因素。采用全斷面錨桿支護(hù)后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及觀測(cè)，巷道表面移近量得到了有效控制，圍巖的穩(wěn)定性較地質(zhì)條件相似巷道(10207 回風(fēng)順槽)得到了顯著提高。同時(shí)，底板錨桿使該巷道的底鼓問(wèn)題得到了有效控制，保障了該回采巷道行人、運(yùn)料等一系列生產(chǎn)功能的正常運(yùn)行。說(shuō)明在沿空巷道底鼓嚴(yán)重的情況下，這種支護(hù)方式不僅技術(shù)上可行，而且安全可靠，可在類似條件的巷道推廣使用。