巷道發(fā)生底鼓的原因與針對性防治措施

王鋼

摘 要：構(gòu)造應(yīng)力、水理作用、底板巖性及支護(hù)強(qiáng)度等因素極易引起巷道出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，使得巷道斷面縮小，對通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)仍斐珊艽笳系K，嚴(yán)重阻礙了采掘工程的正常進(jìn)行，不但會增加成本，還有可能影響到安全。因此，在巷道發(fā)生底鼓現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)盡快對其原因加以確定，然后采取相應(yīng)的有效對策，如對巷道進(jìn)行合理布置、加固底板支護(hù)、底板防治水等，通過這些措施，將底鼓部分的巖石徹底清除，或?qū)Φ坠牧窟M(jìn)行嚴(yán)格控制，保證巷道暢通，進(jìn)而促進(jìn)采掘工作能夠順利開展。

關(guān)鍵詞：巷道底鼓；構(gòu)造應(yīng)力；支護(hù)強(qiáng)度

引言

煤炭是我國的重要資源，用途極廣，在生產(chǎn)生活中起著不可代替的作用，其開采工作難度較大，尤其是近些年，隨著開采技術(shù)和工藝的不斷更新，煤炭正從表面開采向深部開采過度，受地應(yīng)力等多方面影響，巷道的兩側(cè)巖體和頂板底板會受力而擠壓，出現(xiàn)變形、位移等現(xiàn)象，以至于巷道底板會因壓力而向上隆起，阻礙了開采進(jìn)度和效率，所以，在當(dāng)前時(shí)代，應(yīng)結(jié)合先進(jìn)技術(shù)采取合適的方法對此現(xiàn)象加以解決。

1 工程概況

某段煤礦厚度約為4m，頂板巖性以泥巖為主，令包括有粉砂巖、砂質(zhì)泥巖等，底板則主要是泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖以及中細(xì)粒砂巖等，該段回采巷道存在較嚴(yán)重的底鼓問題，加大了開采難度，尤其是某工作面順槽，回采時(shí)巷道的底鼓量約為1700mm，掘進(jìn)時(shí)需要人工臥底2-3次，回采時(shí)仍需臥底2-3次，需耗費(fèi)大量人力，使得開采效率有所降低，且煤礦安全得不到有力的保障。為使煤礦得到進(jìn)一步開采，提高安全保證，應(yīng)對巷道底鼓的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析研究，并做好相應(yīng)的防范工作。

2 巷道底鼓的產(chǎn)生原因

2.1 構(gòu)造應(yīng)力

地質(zhì)構(gòu)造有其自身特點(diǎn)，在運(yùn)動時(shí)會對巖體產(chǎn)生一定的應(yīng)力，即構(gòu)造應(yīng)力，方向性較為明顯，多為水平應(yīng)力。在煤層較厚的地方，受構(gòu)造應(yīng)力影響，底板巖層容易褶曲，向上鼓起。構(gòu)造應(yīng)力對底板巖層破壞很大，極易引起巷道的底鼓現(xiàn)象。

2.2 底板巖性

底鼓多由巷道兩側(cè)的圍巖變形位移引起，可見，圍巖的結(jié)構(gòu)組成及自身強(qiáng)度與巷道底鼓密切相關(guān)，如果圍巖多是灰?guī)r、砂巖時(shí)，因其比較堅(jiān)硬，狀態(tài)相對穩(wěn)定，底鼓發(fā)生率較低；若圍巖是泥巖或頁巖等軟弱巖體時(shí)，因呈裂隙發(fā)育，容易吸水，受到地應(yīng)力時(shí)，以產(chǎn)生底鼓。

2.3 支護(hù)強(qiáng)度

在某些開采過程中，對巷道頂板的支護(hù)比較重視，但卻忽視了底板支護(hù)，使得底板多為敞開無支護(hù)狀態(tài)，最終導(dǎo)致巷道底鼓量比頂板下沉量要高。關(guān)于巷道支護(hù)，因?yàn)榈装鍥]有支護(hù)，而頂部多依靠錨網(wǎng)噴支護(hù)或剛性支架作為支撐，在各種壓力之下，支護(hù)往往會將受力向較弱的底板傳遞，以至于頂板下沉，底板的應(yīng)力平衡遭到破壞，最終引起巷道底鼓。

2.4 水理作用

在煤礦開采時(shí)，或是施工用水，或是巖石含水，總之在水和底板巖層相接觸后，巖層逐漸膨脹，而且體積增大，致使圍巖的塑性增加、強(qiáng)度有所減弱，進(jìn)而引起巷道底板的鼓起。在水的作用下，巷道圍巖通常會有幾種變化：①若巖層為泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易化，或者發(fā)生崩解等現(xiàn)象，強(qiáng)度也隨之降低，直至完全失去；②底板巖層的構(gòu)成較為復(fù)雜，若其中含有過多的蒙脫石等，由于其膨脹性較強(qiáng)，一旦遇水，體積便會不斷膨脹；③當(dāng)水和底板巖層接觸后，巖層節(jié)理或節(jié)理與裂隙間的摩擦?xí)鄬p小，使得巖體趨于松散，自身強(qiáng)度大幅降低，以黏土頁巖為例，其含水率每增加1% ，巖石的單向抗壓強(qiáng)度便會降低65%-85%左右。

3 如何防治巷道底鼓

煤礦開采工作意義重大，鑒于巷道底鼓的危害及其負(fù)面影響，需及時(shí)對其進(jìn)行有效處理，采取相關(guān)措施降低底鼓發(fā)生率，為取得良好的效果，保持圍巖的穩(wěn)定性，應(yīng)樹立起"預(yù)防為主、治理為輔"的理念。起底法是處理巷道底鼓的重要方法，但工程量過大，需耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力，且對人員安全也有很大的威脅，尤其是底鼓較強(qiáng)烈的巷道中，更為明顯，所以應(yīng)通過其他途徑防治底鼓。

3.1 對巷道進(jìn)行合理布置

構(gòu)造應(yīng)力是引起巷道底鼓的重要因素，多呈水平方向，若與巷道的軸向呈不同的夾角，則圍巖受到的應(yīng)力程度也不同。所以在煤礦開采中，尤其是構(gòu)造應(yīng)力較強(qiáng)的地方，為減弱應(yīng)力對圍巖的作用，必須加大對巷道布置方向的重視，結(jié)合實(shí)際適當(dāng)調(diào)整二者之間的角度。另外，在布置巷道時(shí)，還應(yīng)注意一些事項(xiàng)：①若巷道穿過或位于地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)，其軸向需盡量與斷層構(gòu)造帶相垂直；②在許可范圍內(nèi)，選擇比較穩(wěn)定的煤層進(jìn)行巷道布置，要注意膨脹性巖層禁止和水接觸；③對于相鄰的巷道或硐室之間需合理設(shè)置巖柱寬度。

3.2 對支護(hù)進(jìn)行加固

在底板圍巖較軟的巷道，容易發(fā)生底鼓，為改善其受力狀態(tài)，進(jìn)一步增加底板圍巖的強(qiáng)度，可通過注漿加固或錨桿支護(hù)等方式來實(shí)現(xiàn)，即支護(hù)加固，該方法能夠有效地控制底鼓，較為常用。加固措施主要有兩種：①加強(qiáng)底板圍巖的強(qiáng)度，如底板錨桿、注漿等；②提升對底板圍巖的支護(hù)力，如底板桁架、全封閉式巷道支架等。

3.3 底板防治水

水理作用也是引起底鼓現(xiàn)象的重要原因，尤其是軟若巖層，若與水長期接觸，強(qiáng)度必將降低或向外膨脹。所以，底板一旦存在積水，必須及時(shí)排掉，在施工中如果用水，也應(yīng)加強(qiáng)注意，盡量集中排放；某些巖層滲透性差、含水量低，可采取及時(shí)封閉的方法；針對滲透性強(qiáng)以及含水量較多的巖層，應(yīng)采取疏干的方法；在施工時(shí)，巷道中的水可能較多，應(yīng)在防止滴漏、滲透的基礎(chǔ)上，將水盡量排出巷道。

3.4 對應(yīng)力進(jìn)行有效控制

該方法應(yīng)用較廣，主要是使巷道圍巖處于應(yīng)力降低區(qū)，以保持底板的穩(wěn)定。控制方法包括：①鉆孔。為降低底板圍巖承受的應(yīng)力，可在底板中打鉆孔，進(jìn)而防止底鼓現(xiàn)象的發(fā)生；②切縫。該方法在撓曲褶皺性底鼓處理中十分適合，通過切縫，將底板的最大水平擠壓力轉(zhuǎn)移到圍巖深部，相應(yīng)的也就將可能出現(xiàn)的底鼓影響轉(zhuǎn)移到了巷道深處；③松動爆破。該方法多用于圍巖較硬或應(yīng)力較高的底鼓處理中，通過爆破，孔底周圍會有裂縫出現(xiàn)，使得底板圍巖和深部散離，原本處于高應(yīng)力狀態(tài)的底板圍巖變成了卸壓區(qū)，將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到巖體深部，以降低底鼓發(fā)生率。

3.5 雖巷道的幫和角進(jìn)行加固

通過對巷道的幫和角進(jìn)行注漿，或利用錨桿，可起到良好的加固效果。其作用主要體現(xiàn)在：首先有利于削減巷道局部應(yīng)力的集中程度，在兩幫及角部形成自承能力較高的承載拱，進(jìn)而對兩幫和角圍巖塑性區(qū)加以有效控制；其次，有利于提高巷道兩幫和角部圍巖的自承能力，并最大限度地減少兩幫的變形。

4 結(jié)束語

作為我國最重要的資源，煤炭的開采尤為重要，巷道底鼓是開采中的常見現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了煤礦的順利開采，引起巷道底鼓的原因有很多，需對其進(jìn)行仔細(xì)分析，并采取相對應(yīng)的防治措施，降低巷道底鼓的發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)

[1]杜艷春.淺析煤礦巷道底鼓原因及防治技術(shù)[J].中國科技博覽，2013，28（21）：109-110.

[2]王建峰. 淺析巷道底鼓機(jī)理及其防治措施[J].中國科技投資，2012，21（27）：243-245.

[3]李恭利. 回采巷道底鼓原因分析及控制技術(shù)[J].科技致富向?qū)В?013，22（9）：113-114.

[4]陳見行，黃繼達(dá)，韓志婷.淺析巷道底鼓機(jī)理及其防治措施[J].煤礦現(xiàn)代化，2010，24（3）：128-129.