回采巷道底鼓的形变分析及处理方法

赵亮

摘 要：煤矿巷道支护中经常遇到巷道底鼓的变形问题，巷道是煤矿行人和运输的主要通道，底鼓变形会带来一系列的问题，巷道能通行的面积会缩小，支护作用降低，无法通风，安全也无法得到保证，严重的底鼓现象会使整个巷道无法使用，重修巷道会影响运输的速度，浪费建筑材料。对于底鼓的处理，各个国家都在研究，发现底鼓主要是由两个方面的因素导致的，包括巷道自身的情况和巷道周围岩石的质地。从中也获得了一些新的发现，得出了新的治理方法，但是对巷道底鼓的研究是无止境的。本文简单介绍一下回采巷道底鼓形变的原因和一些处理方法。

关键词：回采巷道底鼓;形变分析;处理方法

1 回采巷道底鼓的认识

不论是国内还是国外，都有专家对底鼓的现象做过专门的研究，并且发表过一系列的文章。康红是我国著名的煤炭专家，他是从数学逻辑运算着手的，底板不稳定，导致地板周围的岩层向地板弯曲，是底鼓形成的原因之一。何用年、贺正昌也是研究煤矿回采巷道底鼓想象的专家，他们二位是从实验着手去研究的，实验得出结论认为，巷道底鼓是由两帮岩柱传递顶板压力，两帮围岩在挤压底板的同时一起下沉，底板在严重挤压变形的情况下发生断裂，然后出现底板隆起即底鼓。德国的奥顿哥特通过运用相似材质模型模拟实验观察底鼓的全过程，他理解的巷道底鼓是因为，两帮岩柱在垂直应力的作用下完整性被破坏，后来巷道底板在水平应力作用下向巷道间鼓出。

2 回采巷道底鼓的形变分析

2.1 巷道底鼓的分类

2.1.1 膨胀性底鼓

日常用水和顶板都可以让巷道发生底鼓，掘进的时候和回采的过程这些时间段为是产生底鼓的外在条件。有了水，底板就会膨胀，围岩和底板的的质量变低，给底板留下了膨胀的空间，底鼓就形成了。蒙脱石黏土型岩层也会经常发生这种现象，它是软弱岩石的一种，这种岩石不能沾水，沾的水越多，接触水的时间越长，岩石就会越大，越来越疏松。

2.1.2 张性底鼓

巷道周围的岩石受力以后结构会变，原来的状态就会改变，挖掉一部分以后，它的状态会变的更底变形，岩石的稳定状态就会改变，巷道的两边在装卸的过程中，会因为巷道两边和岩石的摩擦下面的底板变成底鼓或者受到两边的岩石向中间的强大的挤压力造成底板形成褶皱似的张性底鼓，一般情况下，这样的底鼓地板和顶板的方向是一样的，底鼓的形状也差不多。

2.1.3 周期性压力释放的底鼓

张性底鼓和膨胀性底鼓是长期的时间积累形成的，与上面两种底鼓不同的是，压力释放的底鼓是回采产生的压力造成的。由于回采的位置不一样，采成悬顶形的时候，落不下来，煤壁前面的位置是接触的支撑点，需要用很大得力来支撑，上面的悬顶一旦掉落下来，煤壁前面的受力就会减小了，这样的巨大变化产生的压力也会传到巷道底板，产生底鼓。还有一种现象是巷道顶直接接触老顶，随着时间的流逝，老顶一旦掉下来，产生的压力会随着巷道两边作用到底板上，是一种动态受力状态，这种动态受力时不时发生，造成底板产生底鼓。

2.2 巷道底鼓的成因

2.2.1 巷道的大小和形状

巷道越高越大，底鼓产生的可能性就越大，不同形状的巷道受力不一样，发生底鼓的可能性也不一样，比如矩形的巷道，巷道的顶板和巷道的两个边缘的受力点集中在矩形巷道的拐角处，拐角处承受力越多，巷道变形的可能先越大，底鼓越容易发生。三星拱和圆弧拱产生底鼓的可能性比较小，但是巷道的选择必须考虑到现实的状况，并不是以自己的意愿随便选择，要做到因地制宜。这些需要考虑的因素包括：回采设备、运输、经济效益、巷道利用率等。

2.2.2 掘进巷道的支护强度引起的底鼓

支护强度也是造成巷道底鼓的因素之一，一般来说，矿井在修建巷道的时候，往往把地板的建设放在了末位，顶板和两帮采用锚网索联合技术来支护，进行喷砼。顶板和两帮会受到强有力的支护力量，当有不断的压力到来的时候，这些支护措施会为保护顶板和两帮维持原来的状态而作用，而没有支护措施的地方受力严重，这些地方包括顶板和地板，顶板下沉和底板鼓起就是这样形成的。

2.2.3 地压

巷道修建在围岩的高处，由此而形成的压力也会造成底鼓，巷道所出的高度越高，巷道底鼓的现象越普遍，这是因为巷道所处的位置越高，巷道的地板所受到的壓力越大，所以底鼓的现象会更加的普遍。孤岛上也有类似的底鼓，形成的原因也是如此。

2.2.4 围岩性质

围岩的性质和结构会直接造成巷道底鼓，在煤巷中掘出来的回采巷道，具有完整性差、抗压力低的特点，容易形成底鼓。有多少处底鼓，是和底板下面岩石的厚度有一定关系的。

2.2.5 地址构造

如果巷道里面有节理、裂隙产生，回采的时候，挖掘到这些地方，巷道的顶板会有破碎的危险，甚至会变成台阶式巷道，周围岩石不能提供强大的支持力，巷道就会发生底鼓。

2.3 治理回采巷道底鼓的措施

2.3.1 泄压法

在挖泄压巷的时候可以根据情况变化，巷道底板下面挖一个槽的话，巷道的压力可以向深处转移，把受力的点降低，如以后发生了底鼓，槽可以补偿底鼓现象，巷道的形状变化就会减少。产生效果的大小槽的大小相关，不同的岩层槽的大小形状也会不一样。凹形底板掘巷的方法非常不错，挖到回采巷道的槽的位置的时候，底板上挖出一个矩形的凹槽，有所不同而是，矩形凹槽里要填充干的混凝土，完成的时候，弄平巷道的地板，地板中部由混凝土干拌料的地方，如果有水，就会变成混凝土，形成拱形，底板的阻力就会变大，抵抗变形的能力也会变大。

2.3.2 巷道布置的优化

为了减少巷道底鼓的现象，应该把各种因素都考虑在内，同时在挖掘巷道的时候要做到以下几点：①要重点考虑巷道的方向问题;②一定要在开采的重大挖掘之后进行，把巷道安排在重大挖掘之后的区域里，减小受力影响;③要尽量使巷道的轴向和构造应力的夹角变小，这样巷道所承受的压力会越来越小;④把回采巷道修建在空留巷内，如果没有空留巷，要按照实际情况适当的设置煤柱和煤柱之间的长度。

2.3.3 巷道水的控制

巷道的裂隙里面会向外渗水，所以水池应该在顺槽的最低的地方，巷道里的排水系统要切实可用，减少对周围岩石的冲击。这是因为巷道的地板的材料遇水会变大，所以为了减少底鼓现象的发生，要修建好排水系统。

2.3.4 锚杆加固法

巷道一般对顶板和两帮进行支护，其中对于底板支护较少。而底板一般情况下为层状，不具有较高的完整度，所以用于锚杆加固较为合适，使用用支护钢锚杆对斜孔进行固定，该方法能够有效提高巷道的完整度，进而使底板以一个完整的组合梁形式存在，相对于单一的岩层抗弯，完整的组合梁强度较大。应与实际情况相结合设置具体的锚杆长度，通常需要超过煤矿中巷道底鼓的经验值，并且再向下延伸0.5m，该方法的优势在于为之后的卧底提供方便，为了能够使锚杆对底鼓量的控制效果得到发挥，施工环节中通常要大于每平方米一根的标准。并且该方法并不是对底板岩性成层状提出要求，不管何种岩性都能够有效提高底板的抗弯强度，改善巷道底鼓情况。

2.3.5 优化顶板支护参数

为了实现对巷道底鼓的有效控制，并减少施工人员的工作强度，应使用以加固帮角为主要方法的的底鼓防治技术措施，第一，优化顶板支护参数：将锚杆支护间设计为900mm、排距设计为1000mm，锚索间为1800mm、排距为2000mm;其次，将巷帮支护中最上一排锚杆倾角由10°更改为 30°，开孔位置由距离顶板200mm变更为300mm;最后，巷帮支护最下一排锚杆通过平行于底板布置优化为向下与底板方向呈30°，开孔与底板距离由400mm变更为300mm。

3 结语

回采过程中经常出现底鼓的现象，但是运输和工作人员的生命安全都受到了影响，现在的回采过程会使用很多的大型设备，有了底鼓，设备在巷道中不好移动。所以要做到提前预防加固，以防底鼓现象的发生。