回采巷道底鼓特性及其整治方案

李中勝

[摘要]針對(duì)我國(guó)煤炭開(kāi)采過(guò)程中，回采巷道底鼓現(xiàn)象的特性研究，探討底板巖層鼓入巷道的方式及機(jī)理?？偨Y(jié)巷道底鼓現(xiàn)象的防治措施：（1）底板錨桿；（3）底板注漿；（2）巷道底板開(kāi)卸壓槽（孔）。

[關(guān)鍵詞]回采巷道 底鼓 底板錨桿 卸壓

[中圖分類(lèi)號(hào)] TD263 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2014）-12-4-1

1引言

隨著我國(guó)地下煤炭的開(kāi)采，近些年來(lái)煤炭開(kāi)采逐漸走向深部，進(jìn)而地應(yīng)力相應(yīng)增大，巷道底鼓問(wèn)題日趨嚴(yán)重，從而暴露出很多影響煤礦安全生產(chǎn)的問(wèn)題[1]。底鼓是煤礦井巷中經(jīng)常發(fā)生的一種動(dòng)力現(xiàn)象。巷道掘進(jìn)后，圍巖由三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，在復(fù)雜的集中應(yīng)力影響下，底板巖層拉伸破壞形成底鼓。大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，巷道變形大約有2/3體現(xiàn)為底鼓。底鼓的主要危害是縮小了巷道斷面，致使行人、運(yùn)輸、供排水、井下通風(fēng)等都受到影響，因底鼓而造成巷道報(bào)廢的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了礦山的安全生產(chǎn)。因此，研究巷道底鼓的機(jī)理、預(yù)測(cè)方法及防治措施等問(wèn)題，對(duì)于我國(guó)深部資源開(kāi)采，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井，提高人員安全保證有著重大的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

回采巷道的底鼓主要發(fā)生在工作面回采期間，是主要由工作面超前支承壓力等原因而誘發(fā)的巖層運(yùn)動(dòng)。回采巷道是否底鼓及底鼓的強(qiáng)弱與底板巖層的應(yīng)力分布有關(guān)，而底板巖層的應(yīng)力分布除了與本身的力學(xué)特性有關(guān)外，還與兩幫、底板及頂板的力學(xué)特性有關(guān)。眾所周知，當(dāng)水平應(yīng)力垂直于巷道軸線(xiàn)時(shí)，巷道最不利于維護(hù)，這個(gè)因素設(shè)計(jì)者已考慮到這一點(diǎn)，但地應(yīng)力往往比較復(fù)雜，尤其是局部的應(yīng)力集中，再加上回采時(shí)的擾動(dòng)，應(yīng)力狀態(tài)在局部區(qū)域常常發(fā)生變化，所以采取避開(kāi)高應(yīng)力區(qū)布置巷道，條件有時(shí)是不允許的。另一方面由于開(kāi)采系統(tǒng)的綜合布局，不可避免的有一些巷道與最大水平主應(yīng)力的方向垂直或斜交[2]。所以要針對(duì)實(shí)際情況，采取主動(dòng)的控制，而不是被動(dòng)地去適應(yīng)。

我省礦井絕大多數(shù)礦井巷道有底鼓現(xiàn)象，因其安全隱患遠(yuǎn)低于頂板事故，所以往往被人忽略，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生底鼓，只好被動(dòng)地采取掘底，甚至進(jìn)行二次或三次掘底以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，尤其是皮帶運(yùn)輸順槽，在回采動(dòng)壓的作用下，巷道底鼓更為嚴(yán)重，直接影響皮帶的運(yùn)輸，采取的措施就是停止生產(chǎn)，掘底重新安裝皮帶架，雖然造不成事故，但嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

2底板巖層鼓入巷道的方式及機(jī)理

引起巷道底鼓的因素很多，其中影響最大的有底板巖層性質(zhì)、圍巖應(yīng)力、水理作用、支護(hù)強(qiáng)度、采動(dòng)壓力、頂?shù)装宀煽涨闆r等[3]。其形式主要有：

（1）擠壓流動(dòng)性底鼓。通常發(fā)生在直接底板為軟弱巖層（如粘土巖、煤等），兩幫、頂板比較完整的情況下，在兩幫巖柱的壓模效應(yīng)和遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力的作用下，整個(gè)巷道都位于松軟破碎的底板巖層向巷道內(nèi)擠壓流動(dòng)[4]。

（2）撓曲褶皺性底鼓。通常發(fā)生在巷道底板為層狀巖石，其底鼓機(jī)理是底板巖層在平行層理方向的壓力作用下，向底板臨空方向撓曲而失穩(wěn)，底板巖層的分層越薄，巷道寬度越大，所需的擠壓力越小，越容易發(fā)生撓曲性底鼓。

（3）剪切錯(cuò)動(dòng)性底鼓。主要發(fā)生在直接底板，即使是整體性結(jié)構(gòu)巖層，但在高應(yīng)力作用下，巷道底板也易遭到剪切破壞，或者在巷道底角產(chǎn)生很高的剪切應(yīng)力而引起楔形破壞[5]。

3巷道底鼓的防治措施

（1）底板錨桿

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(zhǎng)度應(yīng)能穿過(guò)全部底鼓的巖層，錨桿的尾端應(yīng)在底板以下0.6—0.8m，這樣做的好處是，必要時(shí)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(chǎng)打眼的方便，底板錨桿應(yīng)按圖布置，當(dāng)?shù)装鍨樯绊?yè)巖時(shí)，錨桿密度不應(yīng)小于1根/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）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(guò)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(zhǎng)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：

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注漿后破碎的巖石全部被加固，在巖層中極微小的裂隙也被粘和起來(lái)。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。

（3）巷道底板開(kāi)卸壓槽（孔）

在巷道底板開(kāi)槽，不僅使支承壓力峰值向深部轉(zhuǎn)移，降低應(yīng)力集中；卸壓槽還為巷道圍巖變形提供的補(bǔ)償空間，從而使巷道圍巖變形量減小。通常采用垂直切槽防治底鼓，卸壓效果主要取決于卸壓槽的寬度b、深度h、對(duì)于中硬巖層，槽寬b=200—300mm，對(duì)于軟巖層b>200—300mm。

當(dāng)切槽深度h小于巷幫到切縫的間距a，即a/h>1時(shí)，開(kāi)槽后的底板視作從卸壓槽下方受到橫向載荷p作用的巖石懸梁，承受彎曲應(yīng)力，巖石抗彎強(qiáng)度小，底板上翹，甚至下面巖層向上斷裂。巖層受剪力作用，當(dāng)a/h<1時(shí)，巖石抗剪強(qiáng)度一般大于抗拉強(qiáng)度，巖石底板穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]韓華鋒等.對(duì)巷道底鼓機(jī)理及防治技術(shù)的探討[J].中國(guó)科技博覽，2011年26期.

[2]張馳等.深部開(kāi)采中軟巖巷道的支護(hù)形式[J].煤炭技術(shù)，2007年8期.

[3]張純?nèi)绲?回采巷道底鼓防治及其機(jī)理研究[J].黑龍江科技信息， 2011年13期.

[4]趙偉等.巷道底鼓的防治[J].煤炭技術(shù)，2007年9期.

[5]秦磊等.清水營(yíng)煤礦+1065水平巷道底鼓作用機(jī)理及防治研究[J].神華科技，2010年4期.