元甲煤业20101运输巷底鼓治理研究

杨晋泽

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西 乡宁 042100）

1 工程概况

山西乡宁焦煤集团元甲煤业有限公司位于山西省临汾市乡宁县管头镇袁家村。20101工作面主采煤层为2号煤，上距1号煤层4.45～21.50 m，平均为9.64 m，煤厚1.90～7.40 m，平均为3.17 m，煤层倾角平均为9°，煤层含夹矸1～2层，夹矸厚度0.30～0.65 m，岩性为炭质泥岩，结构简单～较简单。2号煤层属发育稳定全区可采煤层。直接顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为细砂岩、炭质泥岩。泥岩顶板为软弱岩石，属Ⅰ类岩体，为不稳定顶板；砂质泥岩为半坚硬岩石，属Ⅱ类岩体，为中等稳定顶板，需加强管理。底板为泥岩、砂质泥岩，泥岩底板属软弱底板，砂质泥岩为半坚硬岩石，属Ⅱ类岩体，为中等稳定底板。

2 20101运输巷底鼓治理方案

2.1 20101运输巷底鼓机理分析

引起巷道底鼓的因素很多，如底板岩层工程力学性质、煤层所受地应力大小、巷道积水及支护强度[1-5]等。

（1）底板岩层工程力学性质

20101运输巷底板岩层为泥岩和砂质泥岩，工程力学性质较差，单轴抗压强度为9.2 MPa，强度较低，容易发生变形、破坏，是20101运输巷底鼓的主要因素之一。

（2）地应力

20101运输巷平均埋深213.5 m，埋藏深度较小，结合相邻工作面矿压监测数据，巷道所受地应力不大，因此地应力不是巷道底鼓的主要因素。

（3）巷道积水

巷道底板岩层泥岩含量较高，而泥岩本身遇水易软化，因此巷道积水也是巷道底鼓的因素之一。虽然2号煤层矿井突水量划分类别为简单，在开采2号煤层过程中也未发现突水现象，但是在生产过程中应注意及时排出巷道积水。

（4）支护强度

20101运输巷在掘进过程中仅对顶板及两帮进行了支护，底板处于未支护状态。在施工过程中，底板岩层变形、破坏不断发展，导致巷道出现了底鼓现象。因此，支护强度不足也是巷道底鼓的主要因素之一。

综上所述，20101运输巷产生底鼓的原因主要是因为底板岩层岩性较差，且底板并未支护所致，其次就是由于底板岩层泥岩含量较高。

2.2 底鼓治理方案设计

基于上述分析，确定采用加固法对20101运输巷底鼓进行治理。2#煤层平均倾角7°，为近水平煤层，巷道开挖后基本不存在偏压现象，因此对巷道底板加固方案设计采用对称加固，加固方案如图1。在巷道底板两边及中间位置补打锚杆，锚杆规格为Ф20 mm×2000 mm，巷道底角锚杆以外插角为15°进行布置，中间位置锚杆竖直布置，锚杆间排距为2300 mm×1000 mm。

图1 底板锚杆布置示意图（mm）

借助FLAC3D数值模拟软件对底板补打锚杆治理巷道底鼓的效果进行模拟验证。煤层及顶底板岩层物理力学参数见表1。

表1 煤层及顶底板岩层物理力学参数

对巷道底板支护前后，竖直方向的围岩位移量如图2。

图2 巷道围岩竖直位移量

如图2所示，未对巷道底板进行加固时，巷道顶板下沉量最大值为50.5 mm，底鼓量最大值为453.2 mm，对巷道底板补打锚杆后，巷道顶板下沉量最大值为48.9 mm，底鼓量最大值为95.2 mm。结果发现，对巷道底板岩层补打锚杆后，底鼓量减小了78.9%，效果显著，而顶板下沉量也略有减少，说明补打底板锚杆后，巷道整体支护强度增大，有利于控制巷道围岩的整体变形。

3 工业性试验

为验证上述方案治理底鼓的效果，在20101运输巷进行现场试验，按照设计方案在20101运输巷底板底角及中间位置补打锚杆。为验证底鼓治理效果，在巷道每隔20 m布置一个底鼓监测点，共布置四个现场监测点，现场巷道底鼓量监测曲线如图3。

如图3所示，四个测点底鼓量变化趋势基本相近，四个测点在18 d以后巷道底鼓量几乎不再发生变化，此时巷道围岩已趋于稳定状态。其中，测点一巷道底鼓量最大值为70 mm，测点二巷道底鼓量最大值为71 mm，测点三巷道底鼓量最大值为68 mm，测点四巷道底鼓量最大值为75 mm。整体来看，巷道底鼓量不大，补打底板锚杆的治理方案效果良好，且补打锚杆并未增加太多工程量，施工难度小，具有很强的实用性。

图3 巷道底鼓量监测曲线

4 结语

元甲煤业有限公司2号煤顶底板岩层均以泥岩及砂质泥岩为主，岩性较软，工程性质差，回采巷道底鼓量大，在生产过程中需要进行反复拉底、修整巷道，对生产影响较大。本文提出采用补打底板锚杆的方法治理巷道底鼓，通过理论分析及数值模拟，确定采用规格为Ф20 mm×2000 mm的螺纹钢锚杆，在巷道底角及中间位置布置锚杆，巷道底角锚杆以外插角为15°进行布置，中间位置锚杆竖直布置，锚杆间排距为2300 mm×1000 mm。通过在20101运输巷进行现场试验，四个巷道底鼓监测点底鼓最大值为70 mm、71 mm、68 mm及75 mm，巷道底鼓治理效果良好。