李建文

（山西高平科兴平泉煤业有限公司，山西 晋城 048006）

随着当前煤矿资源需求量的不断增加和开采技术的不断提升，深部开采已成为当前行业共性难题之一。一般而言，当矿井盖山厚度超过700 m 时属于深部开采[1]，此时巷道顶底板围岩应力将显著增加，某些地质条件复杂的矿井大巷，还可能存在冲击地压现象，极易造成巷道底鼓和支护失效等安全问题，影响大巷行人和通风运输，甚至引发局部冒顶及煤与瓦斯突出事故[2]。因此有必要对深部开采条件下大巷底鼓机理进行研究，针对性制定底鼓治理方案，实现矿井安全生产。

1 概况

平泉煤业主采15#煤层，盖山厚度630～710 m，局部区域顶底板围岩变形严重，呈现典型的深部开采特征。井下东翼布置了东轨道大巷、东皮带大巷和东回风大巷三条大巷，均为矩形断面巷道，大巷间留设25 m 宽煤柱。其巷道布置如图1。

图1 大巷巷道布置图（m）

轨道大巷和皮带大巷断面宽5.2 m，高3.1 m，回风大巷断面宽5.7 m，高4.1 m。在滞后掘进面100 m 时，底板即开始出现底鼓现象，且随着时间的增加底鼓量显著增大，局部地区最大底鼓量达到400 mm。由于其底鼓量大且夹杂少量坚硬黄铁矿，使得人工清底费时费力，掘进工作面长期停滞，严重影响其掘进效率。

2 底鼓机理分析

经对现场地质条件分析，大巷底鼓岩体为铝质泥岩，岩体结构破碎且松软，底鼓岩体呈凸型，在巷道中心线处产生一条断裂线，断裂线两侧底鼓岩体与水平夹角一般为50°～70°。

结合底鼓变形情况，当两帮内移量为0.2 m 时，对应的底板弹性底鼓量为0.71 m。一旦上部岩层发生破断，该岩层即丧失水平的承载能力，在水平地应力的挤压作用下将发生远超过其弹性隆起的底鼓现象[3]；且由于上部岩层的破断，下部一定厚度的底板岩层也有可能会发生类似的破断与隆起位移，直至某岩层之上形成的铰接拱形结构抑制该层的继续破断[4]，其底鼓现象方可终止。

3 加强支护方案

以轨道大巷（胶带大巷相同）为例，对大巷帮顶底进行加强支护设计。大巷断面为矩形，掘进宽度为5200 mm，高为3100 mm，掘进断面积为16.12 m²，净宽为5000 mm，净高为3000 mm，净断面积为15 m²，采用锚杆、锚索、金属网、槽钢、钢筋托梁、W 钢带联合支护。

顶板支护采用MSGLW-500/22×2400 锚杆，每排4 根，排距1500 mm，间距1500 mm，靠近帮侧锚杆距帮350 mm，搭配高强度托盘和M24 型强力锚杆螺母，护表采用WD180×4800/3.030×40 钢带。采用SKP22-1/1720-6300 锚索，“2-0-2”布置，排距3000 mm，间距2000 mm，每排2 根锚索，靠近帮侧锚索距帮1600 mm，搭配可调心蝶形大托板，护表采用WD180×2300/3.030×40 钢带。采用5400 mm×1600 mm 的16#金属网护顶。如图2。

图2 顶板支护设计图（mm）

巷帮支护采用MSGLW-500/22×2400 锚杆，每排3 根，排距1000 mm，间距1050 mm，最上一根锚杆距顶板400 mm，最下一根锚杆距底板600 mm，护表采用WD180×2400/3.030×40 钢带。采用SKP22-1/1720-5300 锚索，“2-0-2”布置，排距2000 mm，间距1400 mm，每排2 根锚索，靠近顶板锚索距顶板750 mm，靠近底板锚索距底板950 mm，护表采用WD180×1700/3.030×40 钢带。采用3000 mm×1200 mm 的16#金属网护顶。如图3。

图3 巷帮支护设计图（mm）

底板支护采用型号为MSGLW-500/22×2400 锚杆，每排7 根，排距1000 mm，间距800 mm，两侧锚杆距帮200 mm，网片采用型号为GW6.5/100-5.4×1.2 m 的钢筋网护底，巷道顶底板和帮部喷射不小于100 mm 的砼，砼强度为C20（水泥:水:砂子:石子=1:0.45:2.00:2.00）。其基本设计如图4。

图4 底板支护设计图（mm）

4 现场效果检验

本方案于2020 年10 月在东轨大巷进行了效果试验，试验段为100～1100 m，长度为1000 m。为保证支护效果，现场采用“短挖短支”工艺施工，采用十字布点法对巷道位移变化进行监测，监测结果如图5。

图5 巷道底鼓变化曲线图

如图5 所示，对巷道顶底板进行有效支护后，巷道顶底板围岩在80 d 前后开始趋于稳定，此时巷道底鼓量稳定保持在22.6 mm 左右，较原先最大底鼓量降低了94.35%，符合巷道设计要求。说明采用顶底板加强支护和巷道卧底措施，能够将巷道底板的围岩膨胀应力和地应力控制在稳定范围之内，支护设计合理有效，能够满足生产要求。

5 结语

（1）通过对底鼓巷道采用加强支护，巷道围岩在80 d 前后开始趋于稳定，底鼓量从原先的最大400 mm 降低至22.6 mm 左右，降幅达到了94.35%。

（2）15#煤层的直接底遇水后引起底板厚度增加量在10%～20%左右，遇水膨胀不是其底鼓的第一影响因素[5-6]。但其遇水引起的底鼓膨胀同样不可忽视，应及时将底板的工程用水排走，尽可能降低工程用水产生的底鼓变形。