回采巷道底鼓特性及其整治方案

李中胜

[摘要]针对我国煤炭开采过程中，回采巷道底鼓现象的特性研究，探讨底板岩层鼓入巷道的方式及机理。总结巷道底鼓现象的防治措施：（1）底板锚杆；（3）底板注浆；（2）巷道底板开卸压槽（孔）。

[关键词]回采巷道 底鼓 底板锚杆 卸压

[中图分类号] TD263 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-12-4-1

1引言

随着我国地下煤炭的开采，近些年来煤炭开采逐渐走向深部，进而地应力相应增大，巷道底鼓问题日趋严重，从而暴露出很多影响煤矿安全生产的问题[1]。底鼓是煤矿井巷中经常发生的一种动力现象。巷道掘进后，围岩由三向应力状态转变为二向应力状态，在复杂的集中应力影响下，底板岩层拉伸破坏形成底鼓。大量实测数据表明，巷道变形大约有2/3体现为底鼓。底鼓的主要危害是缩小了巷道断面，致使行人、运输、供排水、井下通风等都受到影响，因底鼓而造成巷道报废的现象也时有发生，严重影响了矿山的安全生产。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。

回采巷道的底鼓主要发生在工作面回采期间，是主要由工作面超前支承压力等原因而诱发的岩层运动。回采巷道是否底鼓及底鼓的强弱与底板岩层的应力分布有关，而底板岩层的应力分布除了与本身的力学特性有关外，还与两帮、底板及顶板的力学特性有关。众所周知，当水平应力垂直于巷道轴线时，巷道最不利于维护，这个因素设计者已考虑到这一点，但地应力往往比较复杂，尤其是局部的应力集中，再加上回采时的扰动，应力状态在局部区域常常发生变化，所以采取避开高应力区布置巷道，条件有时是不允许的。另一方面由于开采系统的综合布局，不可避免的有一些巷道与最大水平主应力的方向垂直或斜交[2]。所以要针对实际情况，采取主动的控制，而不是被动地去适应。

我省矿井绝大多数矿井巷道有底鼓现象，因其安全隐患远低于顶板事故，所以往往被人忽略，生产中发现产生底鼓，只好被动地采取掘底，甚至进行二次或三次掘底以满足生产需求，尤其是皮带运输顺槽，在回采动压的作用下，巷道底鼓更为严重，直接影响皮带的运输，采取的措施就是停止生产，掘底重新安装皮带架，虽然造不成事故，但严重影响生产效率。

2底板岩层鼓入巷道的方式及机理

引起巷道底鼓的因素很多，其中影响最大的有底板岩层性质、围岩应力、水理作用、支护强度、采动压力、顶底板采空情况等[3]。其形式主要有：

（1）挤压流动性底鼓。通常发生在直接底板为软弱岩层（如粘土岩、煤等），两帮、顶板比较完整的情况下，在两帮岩柱的压模效应和远场应力的作用下，整个巷道都位于松软破碎的底板岩层向巷道内挤压流动[4]。

（2）挠曲褶皱性底鼓。通常发生在巷道底板为层状岩石，其底鼓机理是底板岩层在平行层理方向的压力作用下，向底板临空方向挠曲而失稳，底板岩层的分层越薄，巷道宽度越大，所需的挤压力越小，越容易发生挠曲性底鼓。

（3）剪切错动性底鼓。主要发生在直接底板，即使是整体性结构岩层，但在高应力作用下，巷道底板也易遭到剪切破坏，或者在巷道底角产生很高的剪切应力而引起楔形破坏[5]。

3巷道底鼓的防治措施

（1）底板锚杆

要求底板岩层具有较好的完整性，如果底板岩层破碎，锚杆将失去锚固作用，因此在使用底板锚杆前首先要对巷道进行评价。同时，巷道底板岩石对水的敏感程度也很重要，这包括了顶板淋水和施工用水，当底板岩层遇水泥化，则要考虑用干式打眼或悬浮剂冲洗钻孔的方法。

巷道底板锚杆的形式，应根据巷道服务年限、用途和生产条件选定。底板锚杆的长度应能穿过全部底鼓的巖层，锚杆的尾端应在底板以下0.6—0.8m，这样做的好处是，必要时还可以卧底。为了充分发挥锚杆对底鼓的作用，同时考虑到现场打眼的方便，底板锚杆应按图布置，当底板为砂页岩时，锚杆密度不应小于1根/m2。当岩层破碎时，应适当加大锚杆的密度，排距一般为0.8—1.2m，当底板岩层间连结强度较低时，锚杆的排距应在1m以下。

（2）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，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。

由于所选择的注浆形式、注浆材料、注浆压力和注浆时间长短不同，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，就产生新的裂隙并有浆液渗入。注浆的作用可分为三种情况：

①注浆只起到部分效果，即注浆后重新结合的强度只比岩石产生离层、裂隙后的残余强度稍高。产生这种情况的主要原因是注浆压力太低，注浆液浓度太大，或注浆钻孔的布置不合理。底板注浆后对减少底鼓有一定的效果，但不显著。

②注浆后破碎的岩石全部被加固，在岩层中极微小的裂隙也被粘和起来。注浆后岩层的结合强度与原始强度相等。在这种情况下，底板注浆起到了显著的效果，巷道底鼓量明显减少。

（3）巷道底板开卸压槽（孔）

在巷道底板开槽，不仅使支承压力峰值向深部转移，降低应力集中；卸压槽还为巷道围岩变形提供的补偿空间，从而使巷道围岩变形量减小。通常采用垂直切槽防治底鼓，卸压效果主要取决于卸压槽的宽度b、深度h、对于中硬岩层，槽宽b=200—300mm，对于软岩层b>200—300mm。

当切槽深度h小于巷帮到切缝的间距a，即a/h>1时，开槽后的底板视作从卸压槽下方受到横向载荷p作用的岩石悬梁，承受弯曲应力，岩石抗弯强度小，底板上翘，甚至下面岩层向上断裂。岩层受剪力作用，当a/h<1时，岩石抗剪强度一般大于抗拉强度，岩石底板稳定。

参考文献

[1]韩华锋等.对巷道底鼓机理及防治技术的探讨[J].中国科技博览，2011年26期.

[2]张驰等.深部开采中软岩巷道的支护形式[J].煤炭技术，2007年8期.

[3]张纯如等.回采巷道底鼓防治及其机理研究[J].黑龙江科技信息， 2011年13期.

[4]赵伟等.巷道底鼓的防治[J].煤炭技术，2007年9期.

[5]秦磊等.清水营煤矿+1065水平巷道底鼓作用机理及防治研究[J].神华科技，2010年4期.