浅谈巷道底鼓的机理和防治措施

浅谈巷道底鼓的机理和防治措施

安永忠

安永忠（新疆煤炭设计研究院天盾公司)

摘要：随着煤炭开采深度在逐渐增加，巷道底鼓问题一直是矿井巷道维护的重大问题之一。本文结合工作经验，就巷道底鼓的机理、预测方法及防治措施谈谈自己的认识。

关键词：巷道底鼓机理因素防治措施

引言

近些年来，随着我国地下煤炭资源的开采，煤炭开采深度在逐渐增加，地应力也相应增大，巷道底鼓问题日趋严重。巷道底鼓使巷道断面缩小，阻碍井下交通和人员行走，妨碍通风，甚至造成整个巷道报废，严重影响矿山的生产和安全。大量的实测资料表明，在底板不支护的深部开采中，巷道底鼓量约占巷道顶底板移近量的70%左右，巷道维护中有50%是用于排除底鼓。长期以来防治巷道底鼓一直是矿井巷道维护的重大问题之一，研究巷道底鼓的发生机理、影响因素及其防治措施等问题，对于我国煤炭资源开采，建设高产高效矿井，提高人员安全保证性有着重大的理论意义和实际应用价值。

1底鼓的机理与影响因素

1.1底鼓的机理与方式由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，底鼓的方式及其机理存在根本的不同，一般可分为四大类:

1.1.1挤压流动性底鼓挤压流动性底鼓是在两帮的压模效应和采动影响下，底板软弱破碎岩层挤压流动到巷道内。此类底鼓常发生在直接底板为软弱破碎岩层(如泥岩、粘土岩、煤等)，而两帮和顶板结构较完整，且强度大大高于底板。

1.1.2挠曲褶皱性底鼓当巷道底板岩层为层状性岩体时，当应力状态满足一定的条件时，底板岩层在平行层理方向的压力作用下向底板临空方向发生挠曲而失稳。研究表明，底板岩层的分层越薄，巷道的宽度越大，越易发生挠曲性底鼓。

1.1.3剪切错动性底鼓此类底鼓主要发生在直接底板，当巷道直接底板为完整岩层且厚度大于1/3的巷道宽度时，即使是整体性结构岩层，在高应力作用下，巷道底板也容易遭到剪切破坏。

1.1.4遇水膨胀性底鼓在矿井生产中，巷道底板经常积水，遇到矿物成分含蒙脱石的膨胀岩时，就会遇水膨胀而引起膨胀性底鼓。工程中遇到的膨胀性岩石通常有两种:一种是化学转化膨胀岩石，另一种是指含有强亲水性粘土矿物的粘土类岩石。

1.2底鼓的主要影响因素

1.2.1底板岩性底板岩层的结构状态(如薄层结构、厚层结构、破碎结构等)、软弱程度及软弱岩层的厚度直接决定着巷道底板发生底臌的大小及形态。当底板位于坚硬的砂岩中时，一般处于稳定状态；而当底板位于软弱的泥岩、页岩或断层破碎带中时，由于这些岩体吸水率高、强度低、裂隙发育、自身稳定性和承载能力差，在地应力作用下极易产生底臌，造成底板失稳破坏。尤其是煤层底板，通常具有高度平滑的擦痕面，即使在地压低的条件下也能流动。

1.2.2巷道的大小和形状巷道底鼓与巷道本身的大小和形状有关，宽大的巷道比窄巷道更易发生底鼓，而巷道的宽度是由采矿作业的相关要求而选取的。在某些情况下，为有效利用空间，巷道断面通常采用直墙拱形或梯形等形状。由于底板不能形成稳定的拱形结构使得底臌量加大，相关测试表明，在相同条件下，直墙半圆拱巷道的底臌量比圆形巷道的底臌量大1/3。

1.2.3巷道中水的控制水的作用是产生底鼓的主要环境因素。水可以大大改变岩层节理以及节理与裂隙间的摩擦力，形成岩层滑移面，从而岩体结构变松散，岩体强度减弱。当巷道底板为含有蒙脱石、高岭石、伊利石等膨胀性粘土矿物时，由于水的渗入而会发生岩层泥化、崩解、破裂现象，特别是在饱和状态下，岩体的承载力降至最低点，甚至完全丧失，同时增强了岩体的塑性流变和膨胀流变。实验表明，由于水的影响，使底板松软和裂隙发育的变形速度比无水时增加6倍以上。

1.2.4地压井巷围岩中的支承压力是造成底鼓的决定性因素。随着开采深度的加大，地应力也相应增大，另外受采动影响造成底板应力集中，岩石松软，当侧压大时压力由两帮传递到底板，底板无法承受较大压力而产生变形。位于残留矿柱下面的巷道也有底鼓的现象，这是因为存在着一个高支承压力带所至。一般来说，巷道埋深、岩层应力越大，底臌越严重；巷道围岩所承受的垂直应力和水平地质构造应力都可能引起底鼓。

2巷道底鼓的防治措施

2.1底板卸压法巷道应力集中是产生底鼓的原因之一，因此将巷道边缘处的高应力转移至内部具有支承能力且未破坏的岩层中，降低度板的应力，减缓应力集中，可以有效的制止底鼓。底板卸压有两种情况：

2.1.1底板添加切缝底板切缝可以使底板的各种应力释放，减少应力集中，使高应力向岩层深部发生转移，从而对底板的变形有一定的控制。卸压切缝还可以用填充材料加以充填，不但可以提高底板的支护阻力，还可以阻止因两帮侧压力的作用而产生切缝滑动。

2.1.2巷道卸载爆破在巷道底板以一定间距打眼，用爆破法将岩石加以破坏，提高底板的孔隙率，避免和减轻碎胀作用，并在巷道底板形成一个裂缝集中区，来自巷道的侧向压力，向深度更大的地方发生转移。

2.2选择合理的巷道断面和位置根据巷道的用途、围岩的稳定程度、服务年限和载荷分布等因素合理的选择巷道断面形状。采用圆形或椭圆形断面形状最佳，圆形或椭圆形巷道受力状况好，便于封闭围岩，变形量小，并能充分发挥支护材料的抗压性能，能有效防止围岩原始应力恶化。

2.3利用支护预防底鼓软岩巷道开挖后，原始应力平衡状态被破坏，产生大的塑性变形，如采用刚度很大的支护来承受很大的变形地压，支架反而遭到破坏，造成很高的反修率。为了防止底鼓，必须采取不同的支护形式。具体如下：①采用柔性支护软岩巷道支护中，由于岩层具有一定的膨胀性，围岩变形有一定时间，减少支护结构的受力，保持巷道稳定，多采用柔性支护。如喷锚支护、喷锚网支护、旋体壁后充填等。②及时封闭围岩软岩膨胀性岩层自稳能力差，为了保证围岩的稳定性，必须及早封闭围岩。锚喷网联合支护或锚喷支护是及时封闭围岩的较好手段，锚喷支护可以最大限度地紧跟开挖工作面施工，可利用开挖面的空间效应，以限制支护前的变形，阻止围岩进入松动状态，因而保证了支护的及时性和有效性。③选用封闭式支护以一定支护强度，使其形成反渗圈，选用封闭式支护是防止底鼓的措施之一。园旋支护是目前防底鼓的有效支护形式，但圆旋施工速度慢，可采用预制块。

2.4巷道底板的加固①用锚杆加固底板底板锚杆治理底臌是一种经济且有效的手段，一般适用于完整性较好的中硬层状岩层。锚杆布置为斜孔，锚入两帮下面(约与巷道两帮成35～40°)的地层中。能否采用锚杆加固底板，应从巷道底板的岩性和强度、岩石对水的敏感性、底板中滑移层面的情况和岩层间联结的稳固性等方面考虑。②底板注浆底板岩层注入浆液，浆液将渗入岩层破碎面，浆液凝固后可以将已破碎岩层重新粘结起来，只承受来自两帮的平行层理的压力，增大了岩体的内聚力和摩擦力，从而提高其抗变形能力。

2.5治水防底鼓综合治水是防治巷道底臌的一项重要措施，地下水对软岩和含有膨胀性粘土矿物岩石的侵蚀性非常大。巷道内的地下水包括裂隙水、断层水，要及时采取有效的疏导措施，能排则排，能导则导，能疏则疏，防止跑、冒、滴漏等，尽量保证巷道内不积水。

参考文献：

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