简析软岩巷道底板注浆方法

董继华 郝朋伟

摘 要：软岩巷道底板注浆是巷道底臌治理的有效方法之一，底板注漿方法也在悄然推广，但应用的效果不尽人意，原因在于底板注浆深度不够，而且底板水的影响未得到应有的重视。文章对软岩巷道底板松动圈特征进行了分析，并指出了软岩巷道底板注浆的重要作用，在此基础上给出了一种切实可行的底板注浆方法。分析结果表明：在围岩应力及水的共同作用下，软岩巷道底板松动圈远远超过帮顶，可达4米以上；软岩巷道底板注浆的重要作用在于排出底板松动圈圈内的游离水，提高巷道底板强度；底板注浆包含三个重要步骤：底板水利通道封堵，底板游离水抽出，底板深孔注浆。文章揭示了现有底板注浆方法的误区，所提出的底板注浆方法可以很好地解决软岩巷道底臌问题，有很好的应用前景。

关键词：软岩巷道；底板注浆；松动圈；底板游离水

引言

随着矿山开采深度的不断增加，底臌几乎成了所有深部巷道的通病[1，2]，而且深部巷道的破坏往往从底臌开始[3]。对此学者们进行了大量的分析和讨论，尝试了很多底臌治理的新方法，得到了很多有益的结论，但深部普遍底臌的现象并未从根本上抑制。

底板注浆是被广泛应用的底臌控制的方法之一[4]，但应用效果却不尽人意，因为现行的底板注浆方法与帮顶注浆方法几乎雷同，注浆孔间排距大都根据经验确定，注浆孔深度根据帮顶松动圈深度确定。

事实上，拱形巷道底板的松动圈深度远大于帮顶松动圈，而且底板还长期受到水的浸泡作用。煤矿开采所接触的岩层大多为泥岩及砂岩或砂泥岩互层。除了少量特别坚硬的砂岩外，大部分岩层在水的长期浸泡作用下强度会大大降低。

因此，底板注浆孔的深度应该远远大于帮顶注浆孔，而且底板注浆前应该将隐藏在底板松动圈中的水排出，保证水泥浆液顺利地进入底板裂隙之中。

1 拱形巷道不同部位松动圈特征分析

1.1 拱形巷道的外接圆理论

根据实际使用需要，矿山巷道多设计成拱形。拱形的边界包含一段弧线和三段直线，无法用一个方程来表征，进行解析计算过程中的边界条件问题也就没办法解决。因此，拱形巷道开挖后周边围岩的应力及应变问题还没有找到解析解[5]。

通过巷道的顶点、巷帮与底板的两个交点可以做拱形巷道的一个外接圆。用拱形巷道的外接圆代替拱形巷道本身进行解析分析势必会产生一定的误差，对于岩石类材料来说，此三段梁存在与否都不会对围岩的应力分布形成太大的影响。圆形巷道周边围岩应力及应变分析可以通过经典的弹塑性理论得到非常准确的解析解。

1.2 拱形巷道松动圈特征分析

在圆形巷道开挖后，在竖向及水平应力的作用下，周边围岩会产生一个椭圆形的松动圈，松动圈的形态取决于竖向应力和水平应力之间的关系：竖向应力较大时，椭圆的长轴是水平方向的；水平应力较大时，椭圆的长轴是竖直方向的。

A、B、C三段相互铰接的梁不会对松动圈以外岩体内应力的分布状态造成太大的影响，却对拱形巷道松动圈的分布状态产生巨大影响，其结果是巷道顶部、帮部、底板松动圈的深度大不相同。进行松动圈测试及分析时，应该以圆形巷道的尺寸为基本依据，而后充分考虑A、B、C三段相互铰接的梁的影响。一般情况下巷道底板的松动圈深度最大，两帮其次，顶部最小。

2 底板注浆的主要作用

如前文所述，高应力软岩巷道的破坏大多是从底臌开始的，主要原因可概括为三个：

（1）底板松动圈深度最大。

（2）底板的直接支护强度最低。

（3）水对底板的弱化作用最明显。

底板注浆，尤其是巷道全断面注浆，可以产生三方面的良好作用：

（1）很好地将整个松动圈范围内原本松散的岩块重新粘接，大幅提高其承载能力。

（2）保证巷道底板锚索、锚杆的锚固效果，也即是说，保证底板直接支护结构发挥应用的作用。

（3）将底板内游离的水排出，使底板松动圈不再因水的浸泡而进一步扩大。

3 底板注浆难点分析

底板注浆与帮顶注浆所用的材料、机械设备基本相同，但是底板松动圈深度最大，而且有大量游离水存在，要想保证注浆效果，就必须首先排出游离水，并且施工深度足够的注浆孔。

底板注浆在两淮矿区多有实施，但是总体效果不如人意。原因在于底板成孔机械缺乏，而且已有的底板注浆方案大都将帮顶注浆工艺照搬，根本没有考虑到底板水的影响。

巷道底板游离水的来源有三个：巷道掘进过程中的施工用水、帮顶淋水、水沟渗水。三个来源的游离水都会在底板松动圈内长期积存，虽然水量都不大，但帮顶淋水、水沟渗水都是“有源之水”，会源源不断地向底板渗入。

巷道若底臌严重就表明其底板松动圈深度极大，一般超过3.5米，甚至更深。松动圈内钻孔与流沙层内钻井所面临的难题类似：钻孔塌陷，也就是说，钻孔成形后，钻头刚一拔出，浅部1.5米范围内的钻孔立刻全部嘬合，使得锚杆、锚索、注浆管等支护材料无法安装。

现有的效率比较高的底板成孔机械只有ZQJJ-200/1.8型底板锚索钻机。该钻机能以3-5min/m的速度向底板钻孔，最大钻孔深度超过20米，但是面对松动圈范围内松散煤岩体带来的严重的塌孔问题，该钻机也无能为力。

底板注浆之前，应该首先将底板游离水排出，并按照下述方法施工。

4 底板注浆方法简述

4.1 铺设地坪

按照常规的地坪铺设工艺铺设巷道地坪。

4.2 底板排水

对于长度超过300米的巷道，底板排水前必须将整条巷道分割为水利通道不连通的几个区段。每个区段的长度控制在80-100米之间。方法如下：

（1）在预分割巷道区段的两端，用普通风锤或风煤钻按照1米左右的间距施工4-5个500-1000mm的浅孔，并进行浅孔低压注浆，将底板浅部1-1.5米左右范围内松散岩体初步粘接。之所以将注浆孔间距设定在1米左右，是因为底板注浆时浆液的扩散半径较小，一般不超过1.5米。-470水平三条大巷底板宽度均超过4.5米，宜布置5个底板注浆浅孔。

（2）浅部注浆24小时后，继续用风锤或风煤钻施工1.5-2.0米的中等深度注浆孔5个，注浆后将松动圈范围内大部分松散体粘接成一体。

（3）中孔注浆24小时后，用ZQJJ-200/1.8型底板锚索钻机施工7米的深部注浆孔三个（底角部位的注浆孔不必施工），并进行高压注浆（注浆压力不小于2Mpa），使得被分割巷道的水利通道彻底封闭。

（4）用ZQJJ-200/1.8型底板錨索钻机，在被分割巷道区段内，以20-25米的排距，按照上述由浅入深的方法，在巷道中央施工深度7米的集水孔。

（5）用风动自吸泵将巷道底板内的游离水自集水孔抽出。底板内的存水向集水孔渗入的过程比较缓慢，因而自吸泵抽水的时间不宜小于24小时。

4.3 底板注浆

在底板内游离水排出后，利用原有的集水孔进行深孔注浆。因为原先被游离水占据的空间都已充分暴露，底板的深孔注浆扩散范围也会大大提高，间隔20米的注浆孔也能满足需要。此时的注浆压力会很小，水泥浆液只能把原有的裂隙充填。

在集水孔注浆结束72小时后，按照相同的排距施工7米的深部注浆孔，对底板进行二次注浆。此时的注浆压力不能小于2Mpa，而且注浆压力达到2Mpa后，应继续保持10分钟，使浆液的扩散范围进一步扩大，将整个底板松动圈彻底胶结成一体。

5 结束语

现有的底板注浆方法之所以没有达到预期的效果，原因在于它照搬了帮顶注浆的工艺，事实上，底板注浆的关键因素有两个：施工足够深的注浆孔，将底板内的游离水排出。走出现有底板注浆方法的误区，底板注浆必能成为控制巷道底臌的有效方法之一。

参考文献

[1]柏建彪，李文峰，王襄禹，等.采动巷道底鼓机理与控制技术[J].采矿与安全工程学报，2011，28（1）：1-5.

[2]郑武，李国平，周贤.动压条件下巷道底鼓机理分析及对策[J].煤矿开采，2011，16（6）：60-62.

[3]王洪立，王玉白，胡冠英.巷道底臌的原因及防治措施[J].煤矿安全，2005，36（8）：43-45.

[4]刘元林，秦玉明，杨敬林.深部软岩巷道底鼓治理实践[J].建井技术，2009，30（1）：11-13.

[5]吴家龙.弹性力学[M].高等教育出版社，2001.

作者简介：董继华（1965-），安徽濉溪人，1986年毕业于淮南矿业学院，一直工作于淮北矿业集团，从事煤矿生产技术与管理工作。