深井软岩巷道底鼓治理技术探讨

摘要：目前，随着煤炭需求的增多，我国煤矿以10-25m/a的速度向深部延伸，矿井开采强度和开采速度逐年增大，井下岩体环境表现为“三高一扰动”的特性，据统计深部永久巷道返修率高达90%，大部分为底鼓治理工程。这类问题给深采矿井，特别是软岩矿井的建设和生产带来极大困难。因此，巷道底鼓的预防、控制和治理已经成为深部巷道稳定控制的重点。

关键词：深部矿井；软岩巷道；底鼓机理；技术

深井软岩巷道由于其地应力大，容易受水、风，超前支承压力、机械扰动等作用极易发生底鼓。底鼓是矿井巷道中常发生的一种动力现象。在巷道顶、底板移近量中，人们已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，目前多数还是由于底鼓引起的。这类问题给深采矿井，特别是软岩矿井的建设和生产带来极大困难。因此底鼓治理问题对于我国建设高产高效矿井，提高人员安全保证有着重大的理论意义和实际应用价值。 1 巷道底鼓形成机理

在底鼓的形成机理方面，众多学者开展了大量研究，一方面根据岩石本身力学特性，分析岩层压曲、扩容和膨胀各个过程中应力与变形相互作用，预测巷道底鼓程度；另一方面应用弹塑性薄板理论、梁理论和流变理论建立巷道底板力学模型，系统分析底板岩层极限承载力、变形以及制约底鼓发生的条件。 2深井软岩巷道底鼓影响因素 2.1 围岩应力

当围岩应力达到一定条件时，巷道底板破坏。围岩应力越大，底鼓越严重。随着采深增加，上覆岩层重量随之增大，形成的支承压力较大，于是巷道围岩产生压缩变形、剪切破坏等现象。在加强顶板和两帮支护的情况下，底板强度相对较弱，这样两帮岩体可嵌入底板，因而产生底鼓。对于深部巷道，构造水平应力一般均大于自重应力。在构造应力集中带，由于构造应力的作用，薄层页岩顶板一般沿层面滑移，厚层砂岩顶板则以小角度或小断层产生剪切，从而失稳冒落；在高水平应力作用下，巷道首先从支护弱面导致底鼓。 2.2 水理作用

由于水的作用减少了岩石层理、节理和裂隙间的摩擦力，使岩石的整体连接强度降低，使岩体沿岩层的节理面、层理面和裂隙面形成滑移面，并将原来层间连接紧密的岩体分为很多薄层，甚至完全丧失强度。

2.3 巷道布置不合理，支护强度不够

巷道布置在地质构造带时，构造应力集中。在断层带附近，上覆岩层在能量传递过程中阻断了能量传递的连续性，在围岩体薄弱环节尤其是未支护的巷道底板岩层中，产生强烈底鼓；在褶曲地带，尤其是向背斜轴部也是高应力集中区，如果弹性变形能得不到有效释放，可能在围岩体两帮产生挤压变形，之后能量进一步向底板转移，促使底板抬高、鼓出。巷道开挖后，围岩暴露于空气中，两帮煤岩体在高支承压力作用下形成一定范围内的破碎区和塑性流动区，如果巷道未采取有效支护或支护强度不足以抵抗外界的变形，围岩体就向巷道内挤压，形成“二次水平应力”，随着时间的推移，巷道两帮支承压力不断向围岩体内部移动，

而两帮和底板岩层的塑性流动区也不断扩大，并且伴随着顶板和两帮的下沉，导致底角岩体不断涌向巷道内，形成底鼓。 3深井软岩巷道底鼓治理措施

巷道底鼓的防治方法包括两个方面，其一是预防，即在巷道产生底鼓之前，采取一些措施，阻止底鼓的发生或延迟底鼓发生的时间；其二是治理，即巷道产生显著底鼓后采取措施控制底鼓。目前底鼓的防治措施按照机理的不同总结为4大类： 3.1合理布置巷道

如果巷道轴向与构造应力方向之间夹角不同，则巷道围岩水平应力集中程度就会有很大差异。因此，在构造应力影响较为强烈的区域，要重视巷道的布置方向，依靠正确调整巷道方向与构造应力方向间的关系，来削减构造应力对巷道围岩稳定性的影响。 3.2 卧底

卧底是现场应用很广泛的一种治理底鼓的方法，它是一种消极的治理底鼓的措施。在具有强烈底鼓趋势的巷道中，往往需要多次卧底，不仅卧底工程量大、费用高，而且还影响两帮及顶板的稳定性。特别是对于底板设有轨道和设备的巷道，卧底工作十分困难，而且每次卧底后都需要重新铺设轨道或设备。 3.3 支护加固法

支护加固法是对具有底鼓趋势的巷道底板或两帮岩层进行支护，从而提高底板的稳定性，减小底鼓量。包括底板锚杆（索)、底板注浆及封闭式支架等形式。

底板锚杆（索）能否有效控制巷道底鼓，不仅取决于底板岩层性质及应力状态，而且与锚杆支护形式及参数有关。

底板注浆适用于加固比较破碎的底板岩层。这种方法控制巷道底鼓的效果与底板岩层性质、破碎程度、注浆材料、注浆压力、注浆深度及注浆时间等诸多因素有关。利用封闭式支架是一种较常见的方法。它的有效性与围岩性质、应力状态、支架工作特性等有关。目前，有多种防治底鼓的封闭式支架，可分为两大类：刚性支架，如金属圆形支架，钢筋混凝土环支架等；可缩性支架，如金属圆形、马蹄形及方（长）环形支架等。 3.4 应力控制法

应力控制法与支护加固法不同，其实质在于使巷道围岩处于应力降低区，从而达到保持底板稳定性的目的。应力控制法种类很多，可将其分为采掘布置法和人工卸压法。 3.5 联合支护法

即把不同的方法结合起来使用。联合支护法通常是两种方法的结合，如封闭式支架与锚杆（索）支护、锚杆（索）支护与注浆、底板爆破与注浆、切缝与锚杆（索）支护、封闭式支架与爆破等，这些措施兼有两种方法的优点，控制底鼓的能力更大，适应性更强。 3.6加强底板水防治

在底板软弱岩层长期浸水状态下，任何防治巷道底鼓的措施所得到的效果肯定会受到明显的影响。底板有积水时应及时排掉；对含水量大、渗透性强的强含水层，多采用疏干措施；在含水量不大或渗透性较差的岩层中，一般采用及时封闭措施；控制施工期间的用水并进行集中排放减少水对巷道围岩的侵蚀；由于正在施工的巷道（如打眼）水会比较多，因此对于这些巷道应该做到能排则排，能导则导，能疏则疏，防止跑、冒、滴、漏等，尽量减少巷道内的积水。

结语

矿山开采中的底鼓现象由于井巷未开采前处于一定的原岩应力场中，开采破坏了原岩应力的平衡，地应力向开挖空间释放或者向其他地方转移所导致整个围岩的稳定性缺失，最终影响到开采效益。为此，必须要重视底鼓现象，加强底鼓机理分析和实验模拟分析，针对性防治策略是处理巷道底鼓的关键，务必要依据具体形成因素和矿山自身技术经济条件，选用适宜于自身矿井的防治策略，确保煤矿回采巷道底鼓现象得以处理，稳固矿井安全生产。 参考文献

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