回采巷道底鼓的形變分析及處理方法

趙亮

摘 要：煤礦巷道支護中經常遇到巷道底鼓的變形問題，巷道是煤礦行人和運輸的主要通道，底鼓變形會帶來一系列的問題，巷道能通行的面積會縮小，支護作用降低，無法通風，安全也無法得到保證，嚴重的底鼓現象會使整個巷道無法使用，重修巷道會影響運輸的速度，浪費建筑材料。對于底鼓的處理，各個國家都在研究，發現底鼓主要是由兩個方面的因素導致的，包括巷道自身的情況和巷道周圍巖石的質地。從中也獲得了一些新的發現，得出了新的治理方法，但是對巷道底鼓的研究是無止境的。本文簡單介紹一下回采巷道底鼓形變的原因和一些處理方法。

關鍵詞：回采巷道底鼓;形變分析;處理方法

1 回采巷道底鼓的認識

不論是國內還是國外，都有專家對底鼓的現象做過專門的研究，并且發表過一系列的文章。康紅是我國著名的煤炭專家，他是從數學邏輯運算著手的，底板不穩定，導致地板周圍的巖層向地板彎曲，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家，他們二位是從實驗著手去研究的，實驗得出結論認為，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一起下沉，底板在嚴重擠壓變形的情況下發生斷裂，然后出現底板隆起即底鼓。德國的奧頓哥特通過運用相似材質模型模擬實驗觀察底鼓的全過程，他理解的巷道底鼓是因為，兩幫巖柱在垂直應力的作用下完整性被破壞，后來巷道底板在水平應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

2.1.1 膨脹性底鼓

日常用水和頂板都可以讓巷道發生底鼓，掘進的時候和回采的過程這些時間段為是產生底鼓的外在條件。有了水，底板就會膨脹，圍巖和底板的的質量變低，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經常發生這種現象，它是軟弱巖石的一種，這種巖石不能沾水，沾的水越多，接觸水的時間越長，巖石就會越大，越來越疏松。

2.1.2 張性底鼓

巷道周圍的巖石受力以后結構會變，原來的狀態就會改變，挖掉一部分以后，它的狀態會變的更底變形，巖石的穩定狀態就會改變，巷道的兩邊在裝卸的過程中，會因為巷道兩邊和巖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期的時間積累形成的，與上面兩種底鼓不同的是，壓力釋放的底鼓是回采產生的壓力造成的。由于回采的位置不一樣，采成懸頂形的時候，落不下來，煤壁前面的位置是接觸的支撐點，需要用很大得力來支撐，上面的懸頂一旦掉落下來，煤壁前面的受力就會減小了，這樣的巨大變化產生的壓力也會傳到巷道底板，產生底鼓。還有一種現象是巷道頂直接接觸老頂，隨著時間的流逝，老頂一旦掉下來，產生的壓力會隨著巷道兩邊作用到底板上，是一種動態受力狀態，這種動態受力時不時發生，造成底板產生底鼓。

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，底鼓產生的可能性就越大，不同形狀的巷道受力不一樣，發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邊緣的受力點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，底鼓越容易發生。三星拱和圓弧拱產生底鼓的可能性比較小，但是巷道的選擇必須考慮到現實的狀況，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：回采設備、運輸、經濟效益、巷道利用率等。

2.2.2 掘進巷道的支護強度引起的底鼓

支護強度也是造成巷道底鼓的因素之一，一般來說，礦井在修建巷道的時候，往往把地板的建設放在了末位，頂板和兩幫采用錨網索聯合技術來支護，進行噴砼。頂板和兩幫會受到強有力的支護力量，當有不斷的壓力到來的時候，這些支護措施會為保護頂板和兩幫維持原來的狀態而作用，而沒有支護措施的地方受力嚴重，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造成底鼓，巷道所出的高度越高，巷道底鼓的現象越普遍，這是因為巷道所處的位置越高，巷道的地板所受到的壓力越大，所以底鼓的現象會更加的普遍。孤島上也有類似的底鼓，形成的原因也是如此。

2.2.4 圍巖性質

圍巖的性質和結構會直接造成巷道底鼓，在煤巷中掘出來的回采巷道，具有完整性差、抗壓力低的特點，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系的。

2.2.5 地址構造

如果巷道里面有節理、裂隙產生，回采的時候，挖掘到這些地方，巷道的頂板會有破碎的危險，甚至會變成臺階式巷道，周圍巖石不能提供強大的支持力，巷道就會發生底鼓。

2.3 治理回采巷道底鼓的措施

2.3.1 泄壓法

在挖泄壓巷的時候可以根據情況變化，巷道底板下面挖一個槽的話，巷道的壓力可以向深處轉移，把受力的點降低，如以后發生了底鼓，槽可以補償底鼓現象，巷道的形狀變化就會減少。產生效果的大小槽的大小相關，不同的巖層槽的大小形狀也會不一樣。凹形底板掘巷的方法非常不錯，挖到回采巷道的槽的位置的時候，底板上挖出一個矩形的凹槽，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，就會變成混凝土，形成拱形，底板的阻力就會變大，抵抗變形的能力也會變大。

2.3.2 巷道布置的優化

為了減少巷道底鼓的現象，應該把各種因素都考慮在內，同時在挖掘巷道的時候要做到以下幾點：①要重點考慮巷道的方向問題;②一定要在開采的重大挖掘之后進行，把巷道安排在重大挖掘之后的區域里，減小受力影響;③要盡量使巷道的軸向和構造應力的夾角變小，這樣巷道所承受的壓力會越來越小;④把回采巷道修建在空留巷內，如果沒有空留巷，要按照實際情況適當的設置煤柱和煤柱之間的長度。

2.3.3 巷道水的控制

巷道的裂隙里面會向外滲水，所以水池應該在順槽的最低的地方，巷道里的排水系統要切實可用，減少對周圍巖石的沖擊。這是因為巷道的地板的材料遇水會變大，所以為了減少底鼓現象的發生，要修建好排水系統。

2.3.4 錨桿加固法

巷道一般對頂板和兩幫進行支護，其中對于底板支護較少。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，使用用支護鋼錨桿對斜孔進行固定，該方法能夠有效提高巷道的完整度，進而使底板以一個完整的組合梁形式存在，相對于單一的巖層抗彎，完整的組合梁強度較大。應與實際情況相結合設置具體的錨桿長度，通常需要超過煤礦中巷道底鼓的經驗值，并且再向下延伸0.5m，該方法的優勢在于為之后的臥底提供方便，為了能夠使錨桿對底鼓量的控制效果得到發揮，施工環節中通常要大于每平方米一根的標準。并且該方法并不是對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度，改善巷道底鼓情況。

2.3.5 優化頂板支護參數

為了實現對巷道底鼓的有效控制，并減少施工人員的工作強度，應使用以加固幫角為主要方法的的底鼓防治技術措施，第一，優化頂板支護參數：將錨桿支護間設計為900mm、排距設計為1000mm，錨索間為1800mm、排距為2000mm;其次，將巷幫支護中最上一排錨桿傾角由10°更改為 30°，開孔位置由距離頂板200mm變更為300mm;最后，巷幫支護最下一排錨桿通過平行于底板布置優化為向下與底板方向呈30°，開孔與底板距離由400mm變更為300mm。

3 結語

回采過程中經常出現底鼓的現象，但是運輸和工作人員的生命安全都受到了影響，現在的回采過程會使用很多的大型設備，有了底鼓，設備在巷道中不好移動。所以要做到提前預防加固，以防底鼓現象的發生。