回采巷道底鼓的形變分析及處理方法

趙亮

摘 要：煤礦巷道支護(hù)中經(jīng)常遇到巷道底鼓的變形問(wèn)題，巷道是煤礦行人和運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，底鼓變形?huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，巷道能通行的面積會(huì)縮小，支護(hù)作用降低，無(wú)法通風(fēng)，安全也無(wú)法得到保證，嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象會(huì)使整個(gè)巷道無(wú)法使用，重修巷道會(huì)影響運(yùn)輸?shù)乃俣?，浪費(fèi)建筑材料。對(duì)于底鼓的處理，各個(gè)國(guó)家都在研究，發(fā)現(xiàn)底鼓主要是由兩個(gè)方面的因素導(dǎo)致的，包括巷道自身的情況和巷道周?chē)鷰r石的質(zhì)地。從中也獲得了一些新的發(fā)現(xiàn)，得出了新的治理方法，但是對(duì)巷道底鼓的研究是無(wú)止境的。本文簡(jiǎn)單介紹一下回采巷道底鼓形變的原因和一些處理方法。

關(guān)鍵詞：回采巷道底鼓;形變分析;處理方法

1 回采巷道底鼓的認(rèn)識(shí)

不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都有專(zhuān)家對(duì)底鼓的現(xiàn)象做過(guò)專(zhuān)門(mén)的研究，并且發(fā)表過(guò)一系列的文章。康紅是我國(guó)著名的煤炭專(zhuān)家，他是從數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算著手的，底板不穩(wěn)定，導(dǎo)致地板周?chē)膸r層向地板彎曲，是底鼓形成的原因之一。何用年、賀正昌也是研究煤礦回采巷道底鼓想象的專(zhuān)家，他們二位是從實(shí)驗(yàn)著手去研究的，實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論認(rèn)為，巷道底鼓是由兩幫巖柱傳遞頂板壓力，兩幫圍巖在擠壓底板的同時(shí)一起下沉，底板在嚴(yán)重?cái)D壓變形的情況下發(fā)生斷裂，然后出現(xiàn)底板隆起即底鼓。德國(guó)的奧頓哥特通過(guò)運(yùn)用相似材質(zhì)模型模擬實(shí)驗(yàn)觀(guān)察底鼓的全過(guò)程，他理解的巷道底鼓是因?yàn)?，兩幫巖柱在垂直應(yīng)力的作用下完整性被破壞，后來(lái)巷道底板在水平應(yīng)力作用下向巷道間鼓出。

2 回采巷道底鼓的形變分析

2.1 巷道底鼓的分類(lèi)

2.1.1 膨脹性底鼓

日常用水和頂板都可以讓巷道發(fā)生底鼓，掘進(jìn)的時(shí)候和回采的過(guò)程這些時(shí)間段為是產(chǎn)生底鼓的外在條件。有了水，底板就會(huì)膨脹，圍巖和底板的的質(zhì)量變低，給底板留下了膨脹的空間，底鼓就形成了。蒙脫石黏土型巖層也會(huì)經(jīng)常發(fā)生這種現(xiàn)象，它是軟弱巖石的一種，這種巖石不能沾水，沾的水越多，接觸水的時(shí)間越長(zhǎng)，巖石就會(huì)越大，越來(lái)越疏松。

2.1.2 張性底鼓

巷道周?chē)膸r石受力以后結(jié)構(gòu)會(huì)變，原來(lái)的狀態(tài)就會(huì)改變，挖掉一部分以后，它的狀態(tài)會(huì)變的更底變形，巖石的穩(wěn)定狀態(tài)就會(huì)改變，巷道的兩邊在裝卸的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)橄锏纼蛇吅蛶r石的摩擦下面的底板變成底鼓或者受到兩邊的巖石向中間的強(qiáng)大的擠壓力造成底板形成褶皺似的張性底鼓，一般情況下，這樣的底鼓地板和頂板的方向是一樣的，底鼓的形狀也差不多。

2.1.3 周期性壓力釋放的底鼓

張性底鼓和膨脹性底鼓是長(zhǎng)期的時(shí)間積累形成的，與上面兩種底鼓不同的是，壓力釋放的底鼓是回采產(chǎn)生的壓力造成的。由于回采的位置不一樣，采成懸頂形的時(shí)候，落不下來(lái)，煤壁前面的位置是接觸的支撐點(diǎn)，需要用很大得力來(lái)支撐，上面的懸頂一旦掉落下來(lái)，煤壁前面的受力就會(huì)減小了，這樣的巨大變化產(chǎn)生的壓力也會(huì)傳到巷道底板，產(chǎn)生底鼓。還有一種現(xiàn)象是巷道頂直接接觸老頂，隨著時(shí)間的流逝，老頂一旦掉下來(lái)，產(chǎn)生的壓力會(huì)隨著巷道兩邊作用到底板上，是一種動(dòng)態(tài)受力狀態(tài)，這種動(dòng)態(tài)受力時(shí)不時(shí)發(fā)生，造成底板產(chǎn)生底鼓。

2.2 巷道底鼓的成因

2.2.1 巷道的大小和形狀

巷道越高越大，底鼓產(chǎn)生的可能性就越大，不同形狀的巷道受力不一樣，發(fā)生底鼓的可能性也不一樣，比如矩形的巷道，巷道的頂板和巷道的兩個(gè)邊緣的受力點(diǎn)集中在矩形巷道的拐角處，拐角處承受力越多，巷道變形的可能先越大，底鼓越容易發(fā)生。三星拱和圓弧拱產(chǎn)生底鼓的可能性比較小，但是巷道的選擇必須考慮到現(xiàn)實(shí)的狀況，并不是以自己的意愿隨便選擇，要做到因地制宜。這些需要考慮的因素包括：回采設(shè)備、運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)效益、巷道利用率等。

2.2.2 掘進(jìn)巷道的支護(hù)強(qiáng)度引起的底鼓

支護(hù)強(qiáng)度也是造成巷道底鼓的因素之一，一般來(lái)說(shuō)，礦井在修建巷道的時(shí)候，往往把地板的建設(shè)放在了末位，頂板和兩幫采用錨網(wǎng)索聯(lián)合技術(shù)來(lái)支護(hù)，進(jìn)行噴砼。頂板和兩幫會(huì)受到強(qiáng)有力的支護(hù)力量，當(dāng)有不斷的壓力到來(lái)的時(shí)候，這些支護(hù)措施會(huì)為保護(hù)頂板和兩幫維持原來(lái)的狀態(tài)而作用，而沒(méi)有支護(hù)措施的地方受力嚴(yán)重，這些地方包括頂板和地板，頂板下沉和底板鼓起就是這樣形成的。

2.2.3 地壓

巷道修建在圍巖的高處，由此而形成的壓力也會(huì)造成底鼓，巷道所出的高度越高，巷道底鼓的現(xiàn)象越普遍，這是因?yàn)橄锏浪幍奈恢迷礁?，巷道的地板所受到的壓力越大，所以底鼓的現(xiàn)象會(huì)更加的普遍。孤島上也有類(lèi)似的底鼓，形成的原因也是如此。

2.2.4 圍巖性質(zhì)

圍巖的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)會(huì)直接造成巷道底鼓，在煤巷中掘出來(lái)的回采巷道，具有完整性差、抗壓力低的特點(diǎn)，容易形成底鼓。有多少處底鼓，是和底板下面巖石的厚度有一定關(guān)系的。

2.2.5 地址構(gòu)造

如果巷道里面有節(jié)理、裂隙產(chǎn)生，回采的時(shí)候，挖掘到這些地方，巷道的頂板會(huì)有破碎的危險(xiǎn)，甚至?xí)兂膳_(tái)階式巷道，周?chē)鷰r石不能提供強(qiáng)大的支持力，巷道就會(huì)發(fā)生底鼓。

2.3 治理回采巷道底鼓的措施

2.3.1 泄壓法

在挖泄壓巷的時(shí)候可以根據(jù)情況變化，巷道底板下面挖一個(gè)槽的話(huà)，巷道的壓力可以向深處轉(zhuǎn)移，把受力的點(diǎn)降低，如以后發(fā)生了底鼓，槽可以補(bǔ)償?shù)坠默F(xiàn)象，巷道的形狀變化就會(huì)減少。產(chǎn)生效果的大小槽的大小相關(guān)，不同的巖層槽的大小形狀也會(huì)不一樣。凹形底板掘巷的方法非常不錯(cuò)，挖到回采巷道的槽的位置的時(shí)候，底板上挖出一個(gè)矩形的凹槽，有所不同而是，矩形凹槽里要填充干的混凝土，完成的時(shí)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，就會(huì)變成混凝土，形成拱形，底板的阻力就會(huì)變大，抵抗變形的能力也會(huì)變大。

2.3.2 巷道布置的優(yōu)化

為了減少巷道底鼓的現(xiàn)象，應(yīng)該把各種因素都考慮在內(nèi)，同時(shí)在挖掘巷道的時(shí)候要做到以下幾點(diǎn)：①要重點(diǎn)考慮巷道的方向問(wèn)題;②一定要在開(kāi)采的重大挖掘之后進(jìn)行，把巷道安排在重大挖掘之后的區(qū)域里，減小受力影響;③要盡量使巷道的軸向和構(gòu)造應(yīng)力的夾角變小，這樣巷道所承受的壓力會(huì)越來(lái)越小;④把回采巷道修建在空留巷內(nèi)，如果沒(méi)有空留巷，要按照實(shí)際情況適當(dāng)?shù)脑O(shè)置煤柱和煤柱之間的長(zhǎng)度。

2.3.3 巷道水的控制

巷道的裂隙里面會(huì)向外滲水，所以水池應(yīng)該在順槽的最低的地方，巷道里的排水系統(tǒng)要切實(shí)可用，減少對(duì)周?chē)鷰r石的沖擊。這是因?yàn)橄锏赖牡匕宓牟牧嫌鏊畷?huì)變大，所以為了減少底鼓現(xiàn)象的發(fā)生，要修建好排水系統(tǒng)。

2.3.4 錨桿加固法

巷道一般對(duì)頂板和兩幫進(jìn)行支護(hù)，其中對(duì)于底板支護(hù)較少。而底板一般情況下為層狀，不具有較高的完整度，所以用于錨桿加固較為合適，使用用支護(hù)鋼錨桿對(duì)斜孔進(jìn)行固定，該方法能夠有效提高巷道的完整度，進(jìn)而使底板以一個(gè)完整的組合梁形式存在，相對(duì)于單一的巖層抗彎，完整的組合梁強(qiáng)度較大。應(yīng)與實(shí)際情況相結(jié)合設(shè)置具體的錨桿長(zhǎng)度，通常需要超過(guò)煤礦中巷道底鼓的經(jīng)驗(yàn)值，并且再向下延伸0.5m，該方法的優(yōu)勢(shì)在于為之后的臥底提供方便，為了能夠使錨桿對(duì)底鼓量的控制效果得到發(fā)揮，施工環(huán)節(jié)中通常要大于每平方米一根的標(biāo)準(zhǔn)。并且該方法并不是對(duì)底板巖性成層狀提出要求，不管何種巖性都能夠有效提高底板的抗彎強(qiáng)度，改善巷道底鼓情況。

2.3.5 優(yōu)化頂板支護(hù)參數(shù)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道底鼓的有效控制，并減少施工人員的工作強(qiáng)度，應(yīng)使用以加固幫角為主要方法的的底鼓防治技術(shù)措施，第一，優(yōu)化頂板支護(hù)參數(shù)：將錨桿支護(hù)間設(shè)計(jì)為900mm、排距設(shè)計(jì)為1000mm，錨索間為1800mm、排距為2000mm;其次，將巷幫支護(hù)中最上一排錨桿傾角由10°更改為 30°，開(kāi)孔位置由距離頂板200mm變更為300mm;最后，巷幫支護(hù)最下一排錨桿通過(guò)平行于底板布置優(yōu)化為向下與底板方向呈30°，開(kāi)孔與底板距離由400mm變更為300mm。

3 結(jié)語(yǔ)

回采過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)底鼓的現(xiàn)象，但是運(yùn)輸和工作人員的生命安全都受到了影響，現(xiàn)在的回采過(guò)程會(huì)使用很多的大型設(shè)備，有了底鼓，設(shè)備在巷道中不好移動(dòng)。所以要做到提前預(yù)防加固，以防底鼓現(xiàn)象的發(fā)生。