煤矿深部巷道底臌治理的技术研究

煤矿深部巷道底臌治理的技术研究

马跃

徐矿集团平凉新安煤业有限责任公司 甘肃平凉 744200

作者简介：马跃（1972-），男，江苏新沂人，技术员，从事煤矿技术管理工作。

摘要：随着开采深度的增加，巷道围岩变形量越来越大，其中巷道底臌是巷道围岩变形和破坏的一种主要方式，文中对巷道底臌的类型及机理进行了分析研究，总结出巷道底臌的治理现状及防治措施，以期能为巷道底臌治理提供一定的技术指导。

关键词：巷道底臌；围岩变形；类型；机理；治理现状；防治措施

1 前言

目前，我国煤矿开采深度正以每年10～15m的速度增加，预计在未来几年内我国很多煤矿将进入到1000～1500m的深度。随着开采深度的增加，巷道围岩变形量大，巷道维护普遍比较困难。

煤矿巷道底臌是巷道围岩变形和破坏的一种主要方式，是一个极其复杂的物理、力学过程，它与巷道围岩性质、应力状态及维护方式密切相关。大量的实测资料表明，巷道底臌量可占到巷道顶、底板移近量的70%以上。同时，底板的稳定性显著影响着两帮及顶板的变形和破坏。

随着煤矿开采深度的增大，巷道底臌表现得越来越突出。巷道底臌若得不到有效的控制，不仅显著增加了巷道的维护费用，而且对巷道顶板和两帮的稳定性极为不利，严重影响着矿井的正常生产。为了满足巷道断面要求，在煤矿生产中必须及时组织人员对底臌变形巷道进行多次卧底（拉底），每次卧底将耗费大量的人力与财力，控制底臌是深部巷道支护中的一项关键技术。

2 巷道底臌的类型

由于巷道所处的地质条件、底臌围岩性质和应力状态的差异，底板岩层鼓入巷道的方式及机理也不相同，大致可以分为以下4种类型：

2.1挤压流动性底臌

挤压流动性底臌通常发生在直接底板为软弱岩层（比如粘土岩、煤层等），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，松软破碎的底板岩层向巷道内挤压流动，形成的巷道底板变形。

2.2挠曲褶皱性底臌

挠曲褶皱性底臌通常发生在巷道底板为层状岩石，其底臌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，越易发生挠曲性底臌。

2.3剪切错动性底臌

剪切错动性底臌主要发生在直接底板。在高应力作用下，即使是整体性结构岩层巷道，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。

2.4遇水膨胀性底臌

一般情况下，岩石浸水后尽管强度弱化，但体积变化比较小，而有些粘土岩层中，由于含有蒙脱石、伊利石等，浸水后体积会发生剧烈增大。井下实际生产中，巷道底板经常积水，当底板为膨胀岩时，就会遇水膨胀而引起的一种底臌类型。

3 巷道底臌机理

研究表明，引起巷道底臌的因素很多，其中影响最大的有以下5种因素：

3.1底板岩层性质

底板岩层的结构状态(如破碎结构、薄层结构、厚层结构等)、软弱程度及软弱岩层的厚度直接决定着巷道底板发生底臌的大小及底臌形态。当底板位于坚硬的砂岩或灰岩中时，一般处于稳定状态，通常不会发生底臌；而当底板位于软弱的泥岩、页岩或断层破碎带中时，由于岩体强度低、吸水率高、裂隙发育，其自身稳定性和承载能力都比较差，在地应力作用下极易产生底臌，造成底板失稳破坏。

据实验表明:在以泥岩和砂质泥岩为主、层理裂隙发育且有小断层影响的巷道地段的底臌量，要比位于灰色细砂岩地段的底臌量高3～4倍。

3.2围岩应力

由于地下工程的开挖，破坏了原有的应力平衡状态，引起了围岩应力重新分布，巷道围岩所受应力状态则是影响底板起臌的决定性因素。

一般而言，巷道越深，岩层应力越大，底臌越严重。随着采深增加，上覆岩层重量随之增大，形成的支承压力较大，于是巷道围岩产生压缩变形、剪切破坏等现象。在加强顶板和两帮支护的情况下，底板强度相对较弱，这样造成两帮岩体可嵌入底板，因而产生底臌。

另外，巷道围岩所承受的垂直应力和水平地质构造应力都可能引起底臌，对于深部巷道，构造水平应力一般均大于自重应力。所以通常水平地质构造应力引起的底臌都要大于垂直应力所引起的底臌。

3.3水理作用

首先，底板含水会减小岩层节理以及节理与裂隙间的摩擦力，形成岩层滑移面，致使致密岩层分成薄层，岩体结构变松散，岩体强度减弱，在地层应力作用下，底板易发生底臌。

其次，岩体一般都具有一定的吸水率，长期接触水后会加速岩石的软化度，降低岩层的强度。

3.4巷道断面形状

地下工程开挖中，巷道断面通常采用梯形或直墙拱形等形状，由于底板不能形成稳定的拱形结构使得底臌量加大，据研究测试结果表明:在相同条件下，直墙半圆拱巷道的底臌量比圆形巷道的底臌量大1/3。

3.5地温增高

地温增高是矿井开采深度增加时出现的突出问题之一。高温不仅会促使岩石从脆性向塑性转化，使围岩产生塑性变形，而且会导致巷道内水气增多，使围岩软化。在深部高应力条件下，我们习惯只加强顶、帮的支护，底板强度相对较弱，这样造成两帮岩体嵌入底板，容易产生底臌。

4 巷道底臌的治理现状和防治措施

巷道底臌的防治措施是在巷道产生显著底臌之前，采取的一些措施，来阻止底臌的发生和延缓底臌发生的时间，或在巷道产生底臌显著之后，采取一些措施减小和控制底臌。

第一方面是预防，即在巷道产生显著底臌之前，采取一些措施以阻止底臌的发生或延迟底臌发生的时间；

第二方面是治理，即巷道产生显著底臌后采取一些措施控制底臌的连续发展。

为了保证底板岩层及整个巷道围岩的稳定性，应该以预防为主，治理为辅的原则。

4.1卧底法（拉底法）

卧底法，使用风镐实施人工挖掘，将鼓起部分除去，是现场应用很广泛的一种治理底臌的方法，但它是一种消极的治理底臌的措施。该方法的优点：是有效缓解巷道因大幅变形而导致的巷道通行困难；该方法的缺点：在具有强烈底臌趋势的巷道中，往往需要多次起底（但并不能完全制止底臌），不仅起底工程量大、费用高，而且耗费大量的人力、物力、财力，而且卧底会引发围岩松动圈的进一步扩大，影响两帮及顶板的稳定性，导致后期巷道围岩变形速度的加快，使得后期的维护成本更大，也使得后期对生产的更严重的影响。特别是在底板设有轨道和设备的巷道，卧底工作十分困难，每次卧底后都需要重新铺设轨道和设备。

卧底虽说有诸多缺点，但对生产的影响相对较小，是现场应用很广泛的一种治理底臌的方法，可以有效缓解眼前困难，被绝大部分煤矿所接受。

4.2支护加固法

这是控制底臌最常用的一种方法，主要有底板注浆、底板锚杆、封闭式支架、砌碹及混凝土反拱等。

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臌的岩层,锚杆的尾端应在底板以下0.6～0.8m处，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臌的作用,当底板为砂页岩时,锚杆密度不应小于1根/m2；当岩层底碎时,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。

5 结 论

文中通过对巷道底臌的类型及机理进行分析研究，总结出巷道底臌的治理现状及防治措施，选择合适的治理方式，以期能为巷道底臌治理提供一定的技术指导。

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