深部礦井巷道底鼓治理研究

周明智

摘 要：巷道底臌作為深部巷道圍巖變形與破壞的主要形式之一，一直是困擾著煤礦深部開采的主要技術(shù)問題，因此深入研究深部巷道圍巖特征，對(duì)有效地控制圍巖的變形與破壞具有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：巷道；底鼓；深部

0前言

底板巖層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如破碎結(jié)構(gòu)、薄層結(jié)構(gòu)、厚層結(jié)構(gòu)等）、軟弱程度及軟弱巖層的厚度直接決定著巷道底板發(fā)生底臌的大小及底臌形態(tài)。當(dāng)?shù)装逄幱谲浫醯哪鄮r、頁巖或斷層破碎帶中時(shí)，由于巖體強(qiáng)度低、吸水率高、裂隙發(fā)育，其自身穩(wěn)定性和承載能力較差，在地應(yīng)力作用下極易產(chǎn)生底臌，造成底板失穩(wěn)。巷道開挖后，原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，引起圍巖應(yīng)力重新分布，巷道圍巖所受應(yīng)力狀態(tài)則是影響底板底臌的決定性因素。弄清巷道底臌產(chǎn)生的原因是確定底臌類型和形式的前提，也是制定控制底臌支護(hù)方案的科學(xué)依據(jù)。

1、底鼓的機(jī)理

巷道底鼓的實(shí)質(zhì)是由于在高壓作用下，兩幫的巖體強(qiáng)度遠(yuǎn)大于底板巖體強(qiáng)度而造成的。

通常巷道底鼓的機(jī)理主要有四種基本類型。即擠壓流動(dòng)性底鼓、撓曲褶皺性底鼓、剪切錯(cuò)動(dòng)性底鼓、遇水膨脹性底鼓四類。

擠壓流動(dòng)性底鼓通常在底板較為破碎且軟弱的高應(yīng)力巖層中發(fā)生。由于兩幫巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于巷道底板的強(qiáng)度，于是在高應(yīng)力作用下底板軟弱的巖層被擠壓到巷道內(nèi)。這種類型的底鼓常發(fā)生于直接底板為軟弱破碎巖層（如粘土巖、煤等），而兩幫和頂板的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于底板巖體強(qiáng)度的情況下。在兩幫巖柱的壓模效應(yīng)和遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力的作用下，底板軟弱破碎巖體擠壓流動(dòng)到巷道內(nèi)。當(dāng)整個(gè)巷道都位于松軟碎裂的巖體內(nèi)時(shí)，由于圍巖應(yīng)力重新分布和遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力的作用，而使底板破碎巖體流動(dòng)變形。

撓曲褶皺性底鼓是在底板巖層為層狀巖體時(shí)發(fā)生的。當(dāng)?shù)装鍘r層是堅(jiān)硬巖體也可能發(fā)生底鼓。其機(jī)理是在水平方向的壓力向臨空方向撓曲而失穩(wěn)。通常情況下，底板巖層分層越薄、巖層強(qiáng)度越低巷道的底鼓量越大。

當(dāng)巷道底板巖層交厚時(shí)，在高應(yīng)力作用下底板發(fā)生剪切破壞如圖2、圖3所示。

一般情況下。巖石浸水后盡管強(qiáng)度弱化，但體積變化較小，而有些粘土巖層中，由于含有蒙脫石、伊利石等，浸水后體積會(huì)發(fā)生劇烈增大。井下實(shí)際生產(chǎn)中，巷道底板經(jīng)常積水，當(dāng)?shù)装鍨榕蛎泿r時(shí)，就會(huì)遇水膨脹而引起膨脹性底鼓。

2、巷道底鼓的治理措施

巷道底鼓的治理措施歸結(jié)起來主要有加固法和卸壓法兩類。所謂加固法主要是指采用注漿、打底錨、U型鋼可縮支架或者幾種方法的聯(lián)合控制底板的鼓起。卸壓法主要是通過底板開槽、底板松動(dòng)爆破轉(zhuǎn)移壓力的方法控制巷道底鼓。

2.1加固法

在底板進(jìn)行錨桿加固， 不但可以增加巖層抗撓曲褶皺能力和巖層之間的抗剪切能力， 而且可以提高巖體的承載能力和減小底板的破碎程度。在底板巖層注入漿液后，漿液滲入巖層破碎面， 漿液凝固后可以將已破碎巖層重新粘結(jié)起來， 不僅可以改善巖層結(jié)構(gòu)， 提高巖體內(nèi)聚力和摩擦力， 而且可以提高巖層強(qiáng)度和穩(wěn)定性。底板錨桿與注漿加固相結(jié)合， 可以通過注漿加固巷道圍巖， 形成連續(xù)的注漿加固圈。錨桿通過與圍巖相互作用使錨桿對(duì)松散巖層的錨固作用得以發(fā)揮， 保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度?；炷练垂笆且环N適用于永久性巷道底板支護(hù)加固措施。這種支護(hù)措施具有較高且均勻一致作用于巷道底板上的支護(hù)阻力， 可縮性金屬底梁使反拱獲得了更大的抗底鼓的殘余變形阻力。

2.3卸壓法

卸壓法主要有兩種。包括切縫卸壓法和松動(dòng)爆破卸壓法。所謂切縫法就是在巷道底板、兩幫挖掘一定深度的裂縫， 這樣離巷道近處的壓力就會(huì)減小，高應(yīng)力遠(yuǎn)離兩幫和底板向深部轉(zhuǎn)移， 降低底板圍巖的應(yīng)力集中程度， 以減小巷道底鼓量。松動(dòng)爆破和切縫卸壓在原理是相同的。過程為在巷道底板的某一深度上用爆破法將堅(jiān)硬的巖石加以破壞， 使之與增壓帶的巖石脫離， 這樣來自巷道巖體的側(cè)壓力將會(huì)向巷道深處的巖體轉(zhuǎn)移。減少了巷道的底鼓量。

3、結(jié)論

文章在總結(jié)巷道底鼓治理的過程中，對(duì)巷道底鼓機(jī)理的進(jìn)行了分析，并總結(jié)出了底鼓的治理措施。對(duì)同類礦井的安全高效生產(chǎn)有很好的借鑒意義。

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