仇晋忠

（阳煤集团生产技术部，山西 阳泉 045000）

新景煤矿15#煤轨道大巷负担矿井15#煤层开拓任务，服务年限长。巷道穿越15#煤层时底鼓严重，虽经多次整巷维护，效果仍不明显。如何有效控制巷道底鼓变形，确保巷道断面要求，成为当前研究的主要课题。

1 巷道底鼓原因分析

15#煤层顶板岩层依次为0.4m泥岩、11.06m石灰岩，15#煤层底板岩层依次为5.69m砂质泥岩、4.57m细砂岩、10m中砂岩。

15#煤轨道大巷在穿层掘进过程中，采用锚杆+锚索+19U型钢对棚对顶板和两帮进行加强支护，最后进行喷浆封闭。由于受矿井生产因素限制，未能对巷道底板加强支护，巷道整体支护强度不一，导致围岩应力在底板释放。巷道两帮在垂直应力作用下挤压底板，导致底板向巷道中央鼓起。如图1所示。

图1 挤压流动底鼓

2 巷道底鼓治理技术

2.1 底鼓治理理论分析

根据15#煤轨道大巷底板围岩应力分布及底鼓破坏特点进行分析认为：只有提高巷道底板围岩支护强度，使其与顶帮支护平衡统一，保证底板由受拉状态转化为受压，才能有效控制巷道底鼓变形。

采用组合锚索、注浆锚索、注浆材料、底梁组成联合支护，可以加强巷道底板支护强度，有效控制底板底鼓变形量，确保巷道断面满足需要。

组合锚索、注浆锚索、注浆材料、底梁组成的联合支护是由注浆锚索为核心所形成的锚注加固支护体系，其实质是锚索兼做注浆管，通过注浆加强底板围岩强度，同时组合锚索和底梁在注浆后的煤岩体内起到了组合梁的作用，在底板形成钢筋混凝土反拱，对底板形成主动支护。其特点如下：

（1）注浆后注浆材料将破碎的围岩联接成整体，提高了整体强度。实现了注浆材料与围岩的整体统一，提高了巷道底板的抗压能力。

（2）注浆后巷道底板围岩体充填紧密，保证应力能均匀作用，避免出现应力集中点。

（3）采用锚索注浆，可以利用浆液封堵底板裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，并能防止围岩被水浸湿而降低围岩本身强度。

（4）组合锚索配套底梁可以给底板岩层施加反力，改变底板附近岩层的应力状态，从而在一定程度上抑制底板岩层扩容、弯曲及膨胀等变形的产生，阻止底板向巷道内移动。

2.2 底鼓治理技术方案

首先在15#煤轨道大巷底板向下5～6m范围的砂质泥岩预注水泥浆，然后施工底板锚索孔并安装组合锚索。同时利用锚索孔对底板深部进行高压水泥注浆，将巷道底板起底0.3～0.4m，并依次铺网、安装底梁、安装托盘、涨拉锚索。对巷道底板浇筑混凝土至设计标高，待混凝土凝固后对底板5～6m范围的砂质泥岩进行二次水泥注浆。

（1）施工顺序：施工底板浅部注浆孔→浅孔注浆→施工锚索孔→编制锚索→注锚索→下注浆管封孔→深孔注浆→起底至设计标高下→铺网→上底梁→铺网→上锚索构件→预紧锚索→浇筑混凝土→打浅孔—浅孔注浆。

（2）注浆材料：注浆用水泥选用42.5MPa普通硅酸盐水泥，水玻璃为40波美度，模数2.8～3.0。

（3）注浆参数：巷道底板浅部注浆压力为2MPa，深部注浆压力为6MPa。水泥浆的水灰比应控制在（1～1.2）∶ l。水泥浆与水玻璃之比控制在1∶(0.1～0.2)。

（4）底板组合锚索设计：组合锚索由3根Φ17.8mm×12.5m钢绞线构成，头部配有多极鼠笼和导向帽，上部有底梁、组合托盘和三孔锁具，见组合锚索结构示意图2。锚索钻孔孔径为Φ90mm；孔深12.5m。设计组合锚索排距2.5m，每排4根。巷道两边各布置两组锚索，采用交错布置。所有锚索俯角均为75°。锚索布置见底板组合锚索布置图3。

图2 组合锚索结构示意图（单位：mm）

图3 底板锚索布置示意图（单位：mm）

图4 底板锚索布置剖面图（单位：mm）

（5）施工要求：

①按预注浆钻孔设计参数，采用气动锚索钻机施工，孔深为6m，孔径为Φ90mm ，要求钻孔垂直度和圆度要好，成孔完整，然后下4分×3m长注浆管一根并采用水泥水玻璃进行封孔，封孔长度2.0m。

②按设计要求，选好孔位固定好钻机，用Φ90mm打孔。

③将已经解开顺直编制好的组合锚索送入孔底，灌入42.5MPa普通硅酸盐水泥浆（浆液水灰比0.6：1左右）40L。

④对巷道底板深部注水泥浆，同时实现底板组合锚索全长锚固，注浆压力6MPa。

⑤铺设第一层网→安设底梁→铺第二层网→安设锚索构件→索具→逐根涨拉锚索至120kN。金属网规格与巷道顶板支护金属网规格一致。当个别锚索张拉力达不到设计值时，在其旁边钻孔注浆进行二次加固，以达到要求。

⑥现场浇注混凝土，混凝土标号为C30；材料配比按矿设计进行，混凝土厚度不低于30cm，要求振捣密实。

⑦砼体下部注浆，间隔4m布置一排注浆孔，每排2个注浆孔，孔深6m。

3 结论

通过在15#煤轨道大巷穿层地段采用组合锚索+注浆锚索+注浆材料+底梁组成的联合支护技术治理巷道底鼓，避免了频繁的维修，节省整巷维修成本约200万元，延长了巷道服务年限，确保了矿井的正常生产、通风和运输要求。