淺談巷道底鼓的防治措施

陳士恒

摘要：巷道底鼓的防治措施即是在巷道產(chǎn)生顯著底鼓之前。采取一些措施阻止底鼓的發(fā)生和延緩底鼓發(fā)生的時(shí)間：或在巷道產(chǎn)生底鼓顯著之后，采取一些措施減小和控制底鼓為了保持底板巖層和整個(gè)巷道圍巖的穩(wěn)定性，應(yīng)以預(yù)防為主，治理為輔。

關(guān)鍵詞：巷道底鼓卸壓防治措施

1巷道底鼓的原因

引起巷道底鼓的主要原因有：構(gòu)造應(yīng)力、水的影響、彈性變形

1.1構(gòu)造應(yīng)力的基本特點(diǎn)是以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性和區(qū)域性水平應(yīng)力是影響巷道底板鼓起、兩幫內(nèi)擠的主要因素。在軟巖和厚煤層中，底板巖層在水平應(yīng)力作用下與形成褶曲構(gòu)造相類似，向巷道空間鼓起。如果底板巖層呈粘一塑性變形，底板巖層進(jìn)入蠕變狀態(tài)。高水平應(yīng)力是造成底板巖層破壞和強(qiáng)烈底鼓的主要原因。

1.2水對(duì)巖石強(qiáng)度的影響

1.2.1由于水的作用減少了巖石層理、節(jié)理和裂隙間的摩擦力，使巖石的整體連接強(qiáng)度降低，使巖體沿巖層的節(jié)理面、層理面和裂隙面形成滑移面，并將原來層間連接緊密的巖體分為很多薄層，甚至完全喪失強(qiáng)度。

1.2.2巖石中的某些礦物成分遇水產(chǎn)生膨脹。

2巷道底鼓的防治措施

巷道底鼓的防治措施可分為兩個(gè)方面。一方面將巷道已底鼓的部分清除即起底。它是現(xiàn)場應(yīng)用很廣泛的一種治理底鼓的方法，是一種消極的治理底鼓的措施在具有強(qiáng)烈底鼓趨勢的巷道中，往往需要多次起底，但并不能完全制止底鼓，不僅起底工程量大、費(fèi)用高，而且還影響兩幫及頂板巖層的穩(wěn)定性和礦井的正常生產(chǎn)。另一方面是采取措施消除底鼓。目前防治底鼓的措施主要從降低巷道圍巖應(yīng)力，加固圍巖或保持圍巖的強(qiáng)度這兩個(gè)方面考慮。

2.1合理的巷道布置巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向之間夾角不同，巷道圍巖水平應(yīng)力集中程度有很大差異。因此，在構(gòu)造應(yīng)力影響較強(qiáng)烈的區(qū)域，要重視巷道布置方向，依靠正確調(diào)整巷道方向與構(gòu)造應(yīng)力方向間的關(guān)系，削減構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。從巷道圍巖控制的角度出發(fā)，布置巷道時(shí)應(yīng)重視下列問題：①在時(shí)間和空間上盡量避開采掘活動(dòng)的影響，最好將巷道布置在煤層開采后所形成的應(yīng)力降低區(qū)域內(nèi)。②如果不能避開采動(dòng)支承壓力的影響，應(yīng)盡量避免支承壓力疊加的強(qiáng)烈作用，或者盡量縮短支承壓力影響時(shí)間。③在采礦系統(tǒng)允許的距離范圍內(nèi)，選擇穩(wěn)定的巖層或煤層布置巷道，盡量避免水與松軟膨脹巖層直接接觸。④巷道通過地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí)，巷道軸向應(yīng)盡量垂直斷層構(gòu)造帶或向、背斜構(gòu)造。⑤相鄰巷道或硐室之間選擇合理的巖柱寬度。⑥巷道的軸線方向盡可能與構(gòu)造應(yīng)力方向平行，避免與構(gòu)造應(yīng)力方向垂直。

2.2底板打錨桿要求底板巖層具有較好的完整性，如果底板巖層破碎，錨桿將失去錨固作用，因此在使用底板錨桿前首先要對(duì)巷道進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，巷道底板巖石對(duì)水的敏感程度也很重要，這包括了頂板淋水和施工用水，當(dāng)?shù)装鍘r層遇水泥化，則要考慮用干式打眼或懸浮劑沖洗鉆孔的方法。

巷道底板錨桿的形式，應(yīng)根據(jù)巷道服務(wù)年限、用途和生產(chǎn)條件選定。底板錨桿的長度應(yīng)能穿過全部底鼓的巖層，錨桿的尾斷應(yīng)在底板以下0.6-0.8m，這樣做的好處是，必要是還可以臥底。為了充分發(fā)揮錨桿對(duì)底鼓的作用，同時(shí)考慮到現(xiàn)場打眼的方便，底板錨桿應(yīng)按圖布置。當(dāng)?shù)装鍨樯绊搸r時(shí)，錨桿密度不應(yīng)小于1裉／m²。當(dāng)巖層破碎時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大錨桿的密度，排距一般為0.8-1.2m，當(dāng)?shù)装鍘r層間連結(jié)強(qiáng)度較低時(shí)。錨桿的排距應(yīng)在1m以下。

2.3底板注漿底板注漿一般用于加固已破碎的巖石，提高巖層抗底鼓的能力。當(dāng)?shù)装鍘r石承受的壓力超過巖體本身的強(qiáng)度，產(chǎn)生裂隙和裂縫時(shí)，應(yīng)采用注漿的辦法使底板巖層的強(qiáng)度提高，達(dá)到防治底板底鼓的目的。由于所選擇的注漿形式、注漿材料、注漿壓力和注漿時(shí)間長短不同，巖層中的裂隙可能全部或部分被粘合，當(dāng)注漿壓力高于圍巖強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生新的裂隙并有漿液滲入。注漿的作用可分為三種情況：

2.3.1注漿只起到部分效果，即注漿后重新結(jié)合的強(qiáng)度只比巖石產(chǎn)生離層、裂隙后的殘余強(qiáng)度稍高。產(chǎn)生這種情況的主要原因是注漿壓力太低，注漿液濃度太大，或注漿鉆孔的布置不合理。底板注漿后對(duì)減少底鼓有一定的效果，但不顯著。

2.3.2注漿后破碎的巖石全部被加固，在巖層中極為微小的裂隙也被粘和起來。注漿后巖層的結(jié)合強(qiáng)度與原始強(qiáng)度相等。在這種情況下，底板注漿起到了顯著的效果，巷道底鼓量明顯減少。

2.3.3注進(jìn)的漿液包圍破碎的巖塊并將其粘和成一體，巖層的整體強(qiáng)度得到提高，注漿后巖層的結(jié)合強(qiáng)度高于原始的強(qiáng)度，是底板注漿最理想的情況。

注漿后巖層達(dá)到的結(jié)合強(qiáng)度主要取決于選擇的注漿材料，采用聚氨酯材料，巖層間的結(jié)合強(qiáng)度較高，加固的效果較好，但底板潮濕時(shí)粘和強(qiáng)度較低，成本也較高。注水泥漿雖然成本低，但結(jié)合強(qiáng)度較低，所以在選擇材料時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

2.4藥壺爆破

藥壺爆破是在炮眼底部先少量裝藥爆破成壺狀，再將裝藥爆破，不破裂巖體表面。

U·1·切爾尼亞克教授提出，用爆破法卸壓。這種方法的實(shí)質(zhì)是用爆破法在靠近巷道周邊的煤層底板中形成巖石松動(dòng)帶，由于巷道石松動(dòng)帶，最大支承壓力轉(zhuǎn)移到巖體及煤柱深部。如圖示意。

確定爆破參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮煤層底板巖石性質(zhì)及厚度，軟巖巷道底鼓巖層深度一般為巷寬的0.7倍左右。炮眼與水平的夾角、眼孔間距及深度、炸藥性能及裝藥量等。

用鉆孔孔底藥壺爆破的方法進(jìn)行限制性爆破，在圍巖體中形成一個(gè)連續(xù)的松散破碎帶，將支承壓力峰值轉(zhuǎn)移到圍巖深部，同時(shí)，已經(jīng)松散破碎的圍巖體具有緩沖墊層作用。確定松動(dòng)爆破技術(shù)參數(shù)應(yīng)以不破壞底板與松散破碎帶之間的圍巖完整性為原則。

單純依靠松動(dòng)爆破卸壓，一般效果并不理想，如將松動(dòng)爆破卸壓與松動(dòng)圈的圍巖加固結(jié)合起來，則可以取得很好的效果。加固的方法可采用水泥注漿、化學(xué)注漿等。松動(dòng)爆破卸壓——加固的方法已在我國煤礦中獲得廣泛應(yīng)用。松動(dòng)爆破與打封混凝土反拱聯(lián)合控制巷道底鼓也取得了很好的效果。

2.5封閉式巷道支架采用全封閉式巷道支架被證明是一種防治底鼓的有效措施，與其他措施相比，具有簡單易行、適用范圍廣及效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。封閉式支架的特點(diǎn)是具有底拱，支架抵抗巷道兩幫內(nèi)移的能力大大加強(qiáng)，減少了巷道底板所承受的水平力，控制了巷道底板巖層的離層和斷裂。支架底拱對(duì)底板的支撐力改變了巷道底板巖層的受力狀態(tài)，使底板巖層由兩向受力變?yōu)槿蚴芰?，從而大大提高了圍巖的強(qiáng)度，增加了巷道圍巖的穩(wěn)定性，有利于圍巖承載圈的形成。由于底拱的設(shè)置對(duì)于防止水侵入巷道底板，避免車輛震動(dòng)，防止底板產(chǎn)生裂隙都有一定的效果。