巷道底臌的原因及防治措施

石建軍SHI Jian-jun；張臣杰ZHANG Chen-jie

（冀中能源峰峰集團孫莊礦，邯鄲 056200）

（Jizhong Energy Fengfeng Group Sunzhuang Mine，Handan 056200，China）

0 引言

在煤礦生產(chǎn)過程中，井下巷道底臌會影響煤礦安全生產(chǎn)的順利進行。對于巷道底臌來說，通常情況下，會使得頂?shù)装宓囊平砍霈F(xiàn)不同程度的增大，進而在一定程度上妨礙了巷道的正常運輸，以及通風等，情形比較嚴重時，需要進行維修，進一步浪費了大量的人、物力和財力；隨著煤礦開采深度的不斷增加、巷道斷面的增大，進而在一定程度上使得底臌問題日益明顯。在這種情況下，需要對產(chǎn)生巷道底臌的原因進行分析，同時研究其防治措施，進而在一定程度上對巷道的穩(wěn)定性，以及煤礦安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

1 巷道底臌的形式

1.1 擠壓流動性底臌 在煤礦井下采掘作業(yè)的影響下，巷道的頂板、兩幫的高應(yīng)力壓力會進一步向底板傳遞，受傳遞來的高應(yīng)力壓力的影響和制約，進而在一定程度上使得底板容易出現(xiàn)彎曲、褶皺、離層等，進一步將底板巖體沿著滑移面擠入巷道內(nèi)，隨著底板巖體被擠入巷道內(nèi)的不斷增加，巷道底臌的程度也越來越嚴重。

1.2 遇水膨脹性底臌 由于底板巖層中含有大量蒙脫石、高嶺石等膨脹性粘土礦物，由于吸水使得這些粘土礦物出現(xiàn)膨脹性增大，進而在一定程度上臌入巷道，形成遇水膨脹性底臌。

1.3 剪切錯動性底臌 如果底板巖層比較完整，并且?guī)r層的厚度超過巷道寬度的1/3，在這種情況下，受巖層應(yīng)力的影響和制約，進一步導(dǎo)致底板受到剪切性破壞，進而在一定程度上導(dǎo)致底板巖層形成楔塊巖體，受水平應(yīng)力的擠壓，容易造成底板錯動，進一步使得底板出現(xiàn)臌出。

2 巷道底臌的原因

2.1 底板巖性 通常情況下，巷道底板發(fā)生底臌的大小及底臌形態(tài)受底板巖層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、軟弱程度，以及軟弱巖層的厚度等因素的直接影響。如果底板位于質(zhì)地比較堅硬的砂巖或者灰?guī)r中，這時巷道底板的狀態(tài)比較穩(wěn)定，在這種情況下，一般不會發(fā)生底臌；但是，如果底板位于泥巖、頁巖，以及斷層破碎帶中時，由于這些位置的質(zhì)地比較軟弱，并且這些礦物的強度相對比較低、吸水率比較高，同時屬于相應(yīng)的裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性、承載能力等相對比較缺乏，受地應(yīng)力的影響和制約，在一定程度上使得巷道底板容易發(fā)生底臌，進而破壞底板的穩(wěn)定性。

根據(jù)實驗顯示：與位于灰色細砂巖地段的底臌量相比，在以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主、層理裂隙發(fā)育且有小斷層影響的巷道地段的底臌量要高出3～4 倍。

2.2 巖層應(yīng)力 對煤礦巷道來說，其井下工程原有的應(yīng)力平衡受開采、擾動的影響和制約，進而遭到破壞，在一定程度上使得圍巖應(yīng)力出現(xiàn)重新分布的情況。對于巷道來說，通常情況下其深度越深，那么對應(yīng)的巖層應(yīng)力就越大，其底臌也就越嚴重；受垂直應(yīng)力，以及水平地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的影響和制約，進一步導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生底臌，與垂直應(yīng)力相比，水平地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力引起的底臌要大。

2.3 水理作用 巖層節(jié)理以及節(jié)理與裂隙間的摩擦力因底板含水而減小，在這種情況下，形成巖層移滑面，進而使得致密巖層分成薄層，同時使得巖體結(jié)構(gòu)變得松散，降低了巖體的強度，底板受地層應(yīng)力的影響和制約，容易發(fā)生底臌；對于巖體來說，通常情況下，都具有一定的吸水率，進而在一定程度上降低了巖層的強度。

2.4 巷道斷面形狀 對于煤礦井下巷道布置形式來說，通常情況下采用梯形或拱形等形狀進行巷道支護。這是因為施工方便，但底板卻難以形成穩(wěn)定的拱形結(jié)構(gòu)，進而在一定程度上增加了底臌量。

3 巷道底臌的破壞深度

在煤礦井下施工作業(yè)的過程中，由于巷道底臌的破壞深度，通常情況下受到底板的地質(zhì)條件、巷道寬度等因素的影響和制約。并且，巷道底板破壞界限從底板巖層結(jié)構(gòu)突變的地方開始，同時沿著突變滑動失穩(wěn)面一直向巷道內(nèi)擠臌。當?shù)装寤瑒邮Х€(wěn)面比較少時，在這種情況下，巷道的寬度決定底臌的破壞深度，同時巷道底臌最大的破壞深度與巷道寬度相適應(yīng)。

4 巷道底臌的防治措施

由于引發(fā)巷道底臌的因素比較多，在這種情況下，治理巷道底臌也較為復(fù)雜，并且其治理是一個系統(tǒng)的過程，通常情況下，需要從設(shè)計開始、施工操作、施工監(jiān)測及后期管理等方面進行綜合考慮。

4.1 合理選擇巷道位置及斷面形狀 對于巷道來說，在巖性松散、軟弱的位置容易發(fā)生底臌，在這些部位容易受到結(jié)構(gòu)應(yīng)力、環(huán)境效應(yīng)的影響，進而降低了其強度。在設(shè)計的過程中，需要進行綜合分析，在強度高的砂巖上布置礦井的主要巷道。

在條件相同的情況下，與圓形巷道相比，由于拱形巷道和梯形巷道的底臌量比較大，所以，圓形巷道是礦井主要巷道的首選。

4.2 綜合治水 在防治巷道底臌方面，綜合治水是一項重要舉措，對于巖層，尤其是軟巖，以及含有膨脹性粘土的礦物巖石來說，受地下水的侵蝕比較嚴重。通常情況下，按照用水必管、有水必治、無水設(shè)防的原則，對井下工程的水進行綜合治理。采取有效的疏導(dǎo)措施對巷道內(nèi)的地下水進行及時的處理，進而在一定程度上防止巷道內(nèi)積水，有利于對施工用水加強管理。

4.3 加固支護 通常情況下，出現(xiàn)巷道底臌，主要是由于底板巖層強度低，難以承載巷道圍巖應(yīng)力而導(dǎo)致的。在這種情況下，通過在底板打設(shè)錨桿錨固、底板注漿等加固支護措施，對巷道底臌進行治理。進行支護時，需要在巷道底板上挖出矩形坑槽，然后支設(shè)輔助全封閉可縮性U 鋼支架，然后在向坑槽內(nèi)澆筑混凝土，進而在一定程度上增加反底拱的抵抗力，進一步便于防治巷道底臌。

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