对巷道底鼓机理及防治技术的探讨

王建波

摘要：随着近些年来煤炭开采逐渐走向深部，巷道底鼓问题日趋突出严重，严重影响了巷道的正常使用和工作面的正常生产。因此，研究巷道底鼓的机理及防治措施等问题，对于我国建设高产高效矿井，提高人员安全保证有着重大的理论意义和实际应用价值。

关键词：巷道底鼓机理防治技术

0引言

在煤矿生产中，几乎所有回采巷道都会出现不同程度的底鼓，尤其随着近些年来煤炭开采逐渐走向深部，进而地应力相应增大，巷道底鼓问题日趋突出严重，从而暴露出很多影响煤矿安全生产的问题。底鼓是煤矿井巷中常发生的一种动力现象，它与围岩的性质、矿山压力、开采深度及地质构造等直接相关。在巷道顶、底板移近量中，人们已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，所以大约有2／3是由于底鼓引起的。这类问题给深采矿井，特别是软岩矿井的建设和生产的正常进行带来极大困难。底鼓使巷道变形、断面变小，影响通风、运输，制约矿井安全生产。

宁东矿区回采巷道的底鼓问题是十分严重的，观测资料表明，很多矿巷道项底板移近量达1300多毫米，平均每天达10多毫米，而底鼓量约占顶底移近量的70％，在掘进期间即需人工卧底1～2次，在生产期间还需卧底1～2次，严重影响了巷道的正常使用和工作面的正常生产，因此，研究巷道底鼓的机理、预测方法及防治措施等问题，对于我国深部资源开采，建设高产高效矿井，提高人员安全保证有着重大的理论意义和实际应用价值。

1底鼓的基本形式及影响因素

1.1底鼓的基本形式根据国内外有关底鼓资料的综合分析，巷道底鼓大致可以分为三类：

1.1.1膨胀性底鼓——由于岩质变态膨胀产生的底鼓。多发生在矿物成分含蒙脱石的粘土岩层，膨胀岩是与水发生物理化学反应，引起岩石含水量随时间而增高且体积发生膨胀的一类岩石，属于易风化和软化的软弱岩石。

1.1.2挤压性底鼓——岩壁或刚性衬砌在上部压力下插入底板或挤压底板造成跨中隆起的底鼓。通常发生在直接底板为软弱岩层(如粘土岩、煤等)，两帮和顶板比较完整的情况下。在两帮岩柱的压模效应和应力的作用下，整个巷道都位于松软破碎的底板岩层向巷道内挤压流动

1.1.3张性底鼓——底板岩层由于断面上大压力作用而产生带方向性的强烈褶曲隆起所造成的底鼓，它与顶部张性破坏区处于同一轴线上。

前两类为持续型底鼓，而后一类为应力释放短暂型底鼓。

1.2底鼓的影响因素

1.2.1围岩性质：围岩性质和结构对巷道底臌起着决定性作用，底板岩石的坚硬程度和厚度，决定着底臌量的大小。

1.2.2地压：围岩中存在高地压是造成巷道底鼓的决定性因素，深部巷道遇到底鼓的情况比浅部巷道多，这完全是由于地压增高所致。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地压带。

1.2.3水对岩石强度的影响：①由于水的作用减少了岩石层理、节理和裂隙问的摩擦力，使岩石的整体连接强度降低，使岩体沿岩层的节理面、层理面和裂隙面形成滑移面，并将原来层间连接紧密的岩体分为很多薄层，甚至完全丧失强度②岩石中的某些矿物成分遇水产生膨胀。

1.2.4支护强度：一般巷道的底板处于不支护状态，主要是因为①总是认为只要支护顶板和两帮就安全了，底臌无关紧要②锚固底板施工比较困难，出矸石工作量大③一旦支护控制不住底臌，卧底时的工作量大。这是底臌大于顶板下沉量的主要原因。

1.2.5巷道的大小和形状：特别宽大的巷道比窄巷道易发生底鼓，然而，巷道的宽度是由采矿作业而决定的。在某些情况下，特别是辅助巷道，宽度能保持在一定限度以内，而通过增加巷道高度使横截面保持不变。

2巷道底鼓的防治措施

2.1卸压法卸压法的实质是采用一些人为的措施改变巷道围岩的应力状态，使底板岩层处于应力降低区，从而保证底板岩层的稳定状态。它特别适用于控制高地应力的巷道底鼓。目前出现的卸压法有切缝、打钻孔、爆破及掘巷卸压等形式。打钻孔这种措施在技术上有很大难度，因为在钻孔间距很小的情况下，打直径为50～60mm的孔而不发生偏斜是非常不容易的。此外这种措施的卸压范围比底板切缝小，因而要考虑到钻孔后发生底鼓的可能性。

2.2用锚杆加固底板底板通常是成层的，因而非常适合于用锚杆加固。木锚杆一般用于巷道范围内的垂直钻孔，钢锚杆则用于斜孔，锚入两帮下面(约与巷道两帮成35～40°)的地层中。其作用在于减少巷道底板的破碎程度。这样支护的工作原理主要有二个方面：一是将软弱底板岩层与其下部稳定岩层连接起来，抑制因软弱岩层扩容、膨胀引起的裂隙张开及新裂隙的产生，阻止软弱岩层向上鼓起。其次是把几个岩层连接在一起，作为一个组合梁，起承受弯矩的作用。此组合梁的极限抗弯强度比各个单一岩层的抗弯强度的总和大。在各种各样的地质条件下所做的试验表明，成功地加固软弱底板并不一定要求它具有层状构造，底板岩层经过锚杆加固以后增加了抗弯强度。

2.3底板注浆底板注浆一般用于加固已破碎的岩石，提高岩层抗底鼓的能力。当底板岩石承受的压力超过岩体本身的强度而产生裂隙和裂缝时，应采用注浆的办法使底板岩层的强度提高，达到防治底板底鼓的目的。由于所选择注浆的形式、材料、压力和时间长短不同，岩层中的裂隙可能全部或部分被粘合，当注浆压力高于围岩强度时，会产生新的裂隙并有浆液渗入。注浆后岩层达到的结合强度主要取决于选择的注浆材料：采用聚氨酯材料，岩层间的结合强度较高，加固的效果较好，但底板潮湿时粘和强度较低，成本也较高注水泥浆虽然成本低，但结合强度较低，所以在选择材料时要根据实际情况合理选择。还应指出，软岩进行底板注浆不能保证取得成效。如果将注浆和锚固结合使用，就可以使原来只适用两者的范围得到扩展。

2.4巷道壁充填在巷道和未采煤柱之间的巷道壁充填，主要是通过把侧翼地层压力支点转移到远离巷道的地方而改善压力分布。从而增加底板粘土从未采煤柱的下面向巷道流动的阻力。另外一种用于永久性巷道的底板支护是，在巷道底板上先挖出矩形坑槽，然后再填以遇水硬结的材料，使之成为混凝土反拱。这种支护具有较高而且平均一致作用于底板上的支护阻力。加装可伸缩支撑件可进一步加强混凝土反拱，使其获得更大的抵抗底鼓的残余变形阻力的能力。

2.5巷道中水的控制在很多地下巷道中都有水的存在，而水的存在是造成巷道底鼓的重要原因，因为水的侵蚀会使自然界中几乎所有矿物强度软化。因此重要的是使用什么方法来保证底板不受水的严重影响。这就要求地下巷道排水要及时和通畅，同时要求高标准的排水。

3结束语

巷道底鼓是影响矿井安全生产的重要问题，所以要很好地解决才能使矿井安全，达到高产高效。由于巷道底鼓的原因各异，因此，防治巷道底鼓的方法也要根据其成因及矿山的技术经济条件选择相应的防治办法。根据现场实验，木锚杆和钢锚杆是目前控制巷道底鼓比较有效的办法。