巷道底鼓控制及研究

巷道底鼓控制及研究

刘磊

山东新巨龙能源有限责任公司 274918

摘要：底鼓是矿井巷道中常发生的一种动力现象。本文结合实际情况简单阐述了巷道底鼓的原因，并探讨了底鼓治理措施，对提高人员安全有着重大的理论意义和实际应用价值。

关键词：巷道；底鼓；原因；治理

长期以来，国内外许多专家学者对煤矿巷道底鼓机理和控制技术作了大量的研究工作，提出了许多底鼓控制技术。研究表明，引起巷道底鼓的因素有很多，其中较为突出的几个因素是底板岩层性质、围岩应力、水理作用、岩体强度和地温等。有效控制底鼓的方法大致分为两类:一类是防止，即采取措施将底鼓量减少到允许的范围内;二是清除底鼓，将巷道已发生底鼓的部分岩石清除，恢复巷道断面积。

1底鼓的危害

底鼓所导致的巷道断面缩小、阻碍运输和行人、妨碍矿井通风，使得

许多矿井不得不投入大量的人力和物力去做"挖底"等临时的处理工作，严重的会造成整条巷道的报废，对矿山的生产与安全产生很大的制约。

2巷道底鼓原因

2.1 巷道围岩性质及地压影响大

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。另外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。再加上各项采掘活动的持续深入及地应力的增加，导致部分区域应力非常集中，顶压过大则压力巷道两帮就会将压力传至底板，底板没有相关支护则不能承受更大的压力，最终出现形变现象且向上鼓起，这就是底鼓现象。

2.2 巷道底板岩石弱化

随着采掘程度加深，铅直地应力或者是水平地应力随之加大，导致深层巷道掘进之后围岩出现松动圈，围岩承受的荷载力也持续降低。巷道临近位置集中荷载量超出了围岩自身承载力，造成巷道顶板下降和两帮移动量提升，以至巷道围岩塑性区域的范围加大。加之部分地质构造应力对其所造成的影响，巷道围岩出现软岩。采掘深度加深及地温偏高，最终造成围岩出现更大的塑性形变。通常巷道底部是没有任何支护条件的，不能控制塑性区域扩张外部阻力，导致巷道底部围岩弱化，从而极易出现底鼓现象。

2.3 巷道形状和规格影响

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。

2.4 水理作用

通常巷道出现底鼓现象均是由于底板受水浸泡，底板被水浸泡抗压强度受到影响。巷道底板岩石在受水浸泡之后呈现较为破碎的状态，加之巷道底板岩石中具有高岭土等，这时就会出现膨胀且出现底鼓。

3底鼓防治措施

3.1 合理的巷道布置

巷道轴向与构造应力方向之间夹角不同，巷道围岩水平应力集中程度有很大差异。因此，在构造应力影响较强烈的区域，要重视巷道布置方向，依靠正确调整巷道方向与构造应力方向间的关系，削减构造应力对巷道围岩稳定性的影响。

3.2 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。底板卸压法主要有：

(1)切缝。底板切缝可以造成底板中最大水平挤压力向围岩深部转移，从而使底板中可能因围岩褶皱而产生的底鼓影响力向巷道深部转移。

(2)松动爆破。在巷道底板内进行松动爆破后，爆破孔底周围出现许多裂隙，致使底板的围岩与深部散离，处于高应力状态的底板岩层成为卸压区，使应力向岩体深部转移。

(3)钻孔。通过在底板中打钻孔，以降低底板围岩的应力来防治巷道发生底鼓。

3.3加固法

加固法通过提高底板围岩强度或提高对底板围岩的支护力来达到控制底鼓的目的，是一种最常用的底鼓控制方法。对巷道底板或两帮围岩加固，

提高围岩的强度在一定范围内，减少底鼓。常用强化封闭框架、地面注浆加固方法，底板加固法等。其中，封闭控制底鼓可分为两大类：刚性支承，如圆形金属支架、钢筋混凝土环支架；可缩性的支持，如金属圆形，马蹄形状和圆形支架等。

3.4加强巷道中水的控制

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。

3.5 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。

3.6 联合法

联合法即将加固法与卸压法的技术联合起来，一方面利用卸压法将巷道周边（特别是底板）的应力向围岩深部转移，降低围岩的应力集中系数，另一方面采用支护加固法对巷道围岩进行支护和加固，提高围岩的整体强度和自支承能力，并给予一定的支护力。此法适合应力集中程度大、底鼓严重的情形。

3.7巷道壁充填法

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。

3.8 封闭式巷道支架

采用全封闭式巷道支架被证明是一种防治底鼓的有效措施，与其他措施相比，具有简单易行、适用范围广及效果显著等优点。封闭式支架的特点是具有底拱，支架抵抗巷道两帮内移的能力大大加强，减少了巷道底板所承受的水平力，控制了巷道底板岩层的离层和断裂。支架底拱对底板的支撑力改变了巷道底板岩层的受力状态，使底板岩层由两向受力变为三向受力，从而大大提高了围岩的强度，增加了巷道围岩的稳定性，有利于围岩承载圈的形成。

4结束语

巷道底鼓是现在煤矿开采时常遇到的现象，对矿井的安全生产有很大

的影响。要想使矿井安全，减少巷道破坏变形，达到高产高效，必须根据巷道岩层的特征、底鼓的成因及矿山的技术经济条件选择相应的防治办法。在采用底鼓控制技术后，也一定要配合量测监控，以便及时调整支护参数。

参考文献：

[1]贺永年，韩立军，邵鹏，等．深部巷道稳定的若干岩石力学问题[J]．岩石力学与工程学报，2006，25（3）：288-295．

[2]张后全，韩立军，贺永年，等．构造复杂区域膨胀软岩巷道底鼓控制研究[J]．采矿与安全工程学报，2011，28（1）：16-27．

[3]刘泉声，刘学伟，黄兴，等．深井软岩破碎巷道底臌原因及处置技术研究[J]．煤炭学报，2013，38（4）：566-571．

[4]杨本生，耿学良，孙利辉，等．五阳矿厚煤层巷道底鼓机制及控制研究[J]．采矿与安全工程学报，2012，29（1）：8-13．