回采巷道底臌的机理和防治

回采巷道底臌的机理和防治魏晟（汾西矿业集团有限责任公司，山西介休032000）摘要：贺西矿的回采巷道严重性底臌，严重影响了正常的生产使用和运输安全。

通过理论分析，结合本矿多条巷道底臌的治理经验，得出了巷道底臌的机理，探索出一条综合防治巷道底臌的施工方法。

从目前３３０９尾巷的掘进情况来看，取得了良好的效果。

关键词：巷道底臌；机理；防治中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：1008-8881（2010）01-0102-02汾西矿业集团公司贺西煤矿井田地处河东煤田中部，主采二叠系下统山西组３＃和４＃煤层。

其中３＃煤层平均厚度为１．９４ｍ，煤层倾角平均为２～６°。

煤层顶板：老顶岩石为砂质泥岩，平均厚度为９．７ｍ，岩性坚硬；直接顶为泥岩，平均厚度５．３９ｍ，松软，易跨落，层理发育；伪顶为页岩，厚度０～０．４ｍ，松软，易跨落。

直接底为细砂岩，平均厚度７ｍ，坚硬，有底臌现象；老底为砂岩，平均厚度１．８１ｍ，坚硬。

煤层柱状图如图１。

采煤方法为走向长壁后退式全部陷落法开采。

1巷道底臌情况贺西煤矿是高瓦斯矿井，工作面实行一进两回系统，巷道布置除正常的材料巷和运输巷外，还要布置一条尾巷，如图２。

尾巷既作上一个面回采时回风用，又作下一个工作面的材料巷使用，两次使用，服务时间较长。

尾巷经常发生底臌，特别是在回采过程中，随着回采工作的向前推进尾巷的底鼓现象更加严重。

２００４年施工的３３０５尾巷在回采１００ｍ后，出现轻微底臌，底臌量在１２０ｍｍ，在回采３００ｍ后，巷道出现严重底臌，底臌量在４００ｍｍ左右，局部达到５００—１０００ｍｍ；２００５年施工的３３０７尾巷在回采１００ｍ后，出现轻微底臌，底臌量在１２０ｍｍ，在回采３００ｍ后，巷道出现严重底臌，底臌量在４００ｍｍ左右，局部达到５００—１０００ｍｍ；２００８年施工的３３０９尾巷在回采１００ｍ后，出现轻微底臌，底臌量在１２０ｍｍ，在回采３００ｍ后，巷道出现严重底臌，底臌量在４００ｍｍ左右，局部达到５００—１０００ｍｍ；我矿的回采巷道底臌属于严重性底臌，已经影响了正常生产，威胁运输安全，必须停产起底，翻修处理。

矿井随着开采强度的增加，尾巷卧底量不断加大。

尾巷的底臌，严重影响下一工作面的正常使用。

同时在下一工作面使用前需要起底和维修，不仅造成了人力、物力、财力的大量浪费，同时也给采掘衔接造成了紧张情况。

2底臌形成的机理分析２．１地层应力巷道在未开掘之前，岩层处于三维应力状态，此时岩体具有一定的强度，并有较好的完整性和稳定性，处于相对平衡状态。

当巷道开掘后，巷道周边应力状态改变，应力进行重新分布。

当垂直应力超过底板岩石强度和底板支护体支撑力时，巷道围岩，特别是底板岩石开始向巷道空间移动，形成底臌。

随着开采深度的增加，底臌也越严重。

我矿３＃煤底板为细砂岩，平均厚度为７ｍ厚，底板为整体结构。

底板岩层产生塑性变形，向巷道内挤压流动，形成弧状形底臌。

２．２岩石强度和性质围岩性质：围岩性质和结构对巷道底臌起着决定性的作用，底板岩石的坚硬程度和厚度，决定着底臌量的大小。

岩石强度低，则容易发生底臌。

贺西矿现在有两个采区，分别是二采区和三采区。

二采４＃煤层底板岩石较硬，稳定性较强，底鼓现象只有在二采４＃煤工作面过上部工作面煤柱时发生，并且底臌量平均为３００ｍｍ左右。

而三采３＃煤层底板岩石为细砂岩，强度较二采４＃煤底板岩石强度低，在回采过程中则出现严重的底鼓现象。

２．３矿井水的危害水的来源主要为工程用水，如综掘机喷雾、巷道内降尘洒水、锚杆钻机施工用水等。

水的作用：底板岩石侵水后其强度降低，容易破坏。

巷道底板积水时，水不仅与暴露的底板岩体发生接触，还要通过裂隙渗入到底板内部，加速底板围岩的强度丧失和体积膨胀，这又导致裂隙的进一步扩大，形成恶性循环。

２．４采动影响随着回采工作面的逐步推进，在工作面两巷形成超前压力，超前压力传递到巷道底板，引起巷道底臌。

在回采过程中，尾巷受采动周期来压的影响，压力通过煤柱传递到尾巷，由于尾巷煤层被揭露，周期来压集中到煤柱后传递到尾巷四周，由于尾巷顶板及两帮全部被支护，底板未作任何支护，因此应力在支护较薄弱的地方底板显现出来，周期来压及各种应力传递到底板后，底板受到应力冲击，这种应力超过了底板所能支撑的力，造成了图2工作面巷道布置图底板破坏，从而使底板失去了原有的承载力，导致了底板鼓起。

２．５支护强度一般巷道的底板处于不支护状态，主要是因为生产上出于安全考虑，总是支护顶板和两帮，而认为底板底臌无关紧要。

挖底出碴工作量大，砌筑底拱困难；锚固底板施工比较困难；一旦支护控制不住底臌，卧底时还需要清理损坏的支护，工作量更大。

２．６巷道断面形状巷道断面采用矩形断面，由于底板不能形成稳定的拱形结构造成底臌量增加。

以上原因是巷道底臌量一般都大于顶板沉降量的重要原因。

3巷道底臌的预防和治理３．１底臌防治原则防治底臌应根据巷道的底臌机理采取不同的防治措施，要有针对性，同时就是以防为主，以治为辅，尽可能采用全封闭或斜压法，以改善底板应力状况。

要统筹兼顾，综合治理，在治理底板底臌时，还应该同步考虑顶、帮的治理。

３．２选择合理支护参数，加固巷道帮角支护，改进施工工艺一般沿煤层掘进的巷道，两帮煤层的强度通常较巷道顶、底板岩层强度低。

理论分析及有限元数值研究说明，在开巷二次应力的作用下，围岩塑性区首先产生在强度最低的两帮和应力集中程度最高的角部，随着帮角塑性区的发展，其它部位的塑性区也逐渐发展，但最终仍以帮、角的塑性区为最大。

围岩塑性区产生后，其范围大小对巷道围岩变形量与底臌量影响最大。

煤帮和底板围岩塑性区大，破碎区也大，由此产生的围岩塑性变形、黏塑性流动、体积膨胀变形及底臌量也就越大。

在工作面回采引起的集中应力作用下，巷道两帮煤岩层将会受到压缩，从而产生岩层的附加压缩变形量。

巷道两帮的压缩下沉，加剧了围岩塑性破坏和体积膨胀。

同时也压缩了底板，使底板产生破裂、滑移，底臌剧烈；两帮压缩下沉量越大，巷道底臌量越大。

为了控制巷道变形与底臌，开巷后应尽早加固强度较弱的煤帮和角部部位，主要是底角，其作用是：减弱巷道角部应力集中程度，在两帮及角部形成自承能力较高的承载拱以控制两帮和底角围岩塑性区的发展；提高巷道两帮及角部（尤其是底角）围岩的自承能力，减少两帮的塑性变形；通过加固巷道帮、角，减少由于两帮破裂围岩压缩下沉造成的底臌、体积膨胀量、顶板的破裂和离层，从而减少巷道底臌和顶板下沉量。

具体做法：首先将巷道顶部锚杆加长加粗。

由原来采用￠２０×１８００ｍｍ的左旋螺纹钢树脂锚杆，变为现在的￠２２×２０００左旋螺纹钢树脂锚杆，配合１０００×８０００ｍｍ的金属菱形网。

锚杆间排距为８５０ｍｍ×９００ｍｍ；其次，两帮的锚杆也加长加粗。

由原来采用￠１６×１６００ｍｍ的左旋螺纹钢树脂锚杆，变为现在的￠２０×１８００ｍｍ左旋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距为８００ｍ×９００ｍｍ；最后，在两底角斜向４５°施工锚杆，锚杆规格为￠２０×１８００ｍｍ左旋螺纹钢树脂锚杆，间距９００ｍｍ。

加固两帮、角，既提高了煤层的自承能力，又可以有效地控制顶板下沉，从而全面控制巷道围岩变形。

所以，相对于加固巷道其他部位来说，加固巷道两帮、角可取得控制巷道围岩变形与底臌的最佳支护效果。

３．３加强底拱支护用圆碹、反拱、弧板和底梁等结构均能治理底臌。

由于往底板上打锚杆施工难度大，结合我矿具体条件，并从施工、经济等因素考虑，我们选用打底梁方法进行治理底臌。

具体方法：在巷道掘进２００米后开始施工。

沿巷道底板每隔１．２米打一根工字钢底梁，工字钢型号为，长度为２．５ｍ（工字钢使用我矿废旧工字钢，长度为３．５ｍ。

使用时，切割成２．５ｍ），用两根单体支柱支在工字钢和顶板之间，如图３。

并且架底梁隔架拆除支护到前面未采地点提前支护。

这种支护优点是单体支柱可缩性小，支护强度大，并有一定的初撑力，同时工字钢和单体支柱可多次重复使用，减少使用成本。

３．４用锚索调动深部围岩强度巷道底板得底臌多是因为顶板上覆岩层得压力通过两帮传递到底板而引起的。

利用锚索支护，将上覆不稳定岩层悬吊到深部稳定岩层，利用这深部围岩强度，减小传递到底板的上覆岩层压力，从而避免或减轻底臌的发生。

具体如下：使用规格为￠１５．２４×６３００ｍｍ的高强度预应力低松驰钢绞线。

锚索岩巷道中心线每２．７ｍ打一组，排距２．７ｍ，间距１．５ｍ。

３．５管水巷道掘进施工中，加强用水的管理。

巷道逢低洼处必须做水仓，防止巷道积水。

定期检修水管等用水设施，防止跑冒滴漏现象发生。

4支护效果和经济效益支护效果：巷道底臌采取综合治理后，经井下实际观测，巷道底臌量已显著减少。

由最初的严重底臌到现在轻微底臌，底臌量控制在３００ｍｍ以内，综合防治取得了明显的效果。

经济效果：每米巷道底臌量按４００ｍｍ计算，拉底费用（人工、机械、运输）需用７００元。

而且巷道经过拉底后底板承载能力已被破坏，在回采过程中仍有图3巷道防治底臌支护布置图（下转第107页）（上接第103页）底臌现象，常常造成高度不够等现象，仍然需要随采随拉底；而打底梁及拆除（底梁和单体支柱可多次重复），施工两底角锚杆等增加费用每米按３００元计算，每米巷道可节省直接费用７００－３００＝４００元。

另外，也节约巷道掘进时间，缓解了采掘衔接紧张程度。

显然，经济效益是很可观的。

综上所述，经过多年的试验，尾巷打底梁支护防治底鼓效果明显，虽然提前维护工作量较大，但和拉底相比可节省大量的人力、物力、财力和时间。

治理尾巷底臌在贺西矿是一项长期任务，下一步我们的工作是，及时收集分析尾巷应力分部状态，压力发生趋于稳定规律，采取科学有效的支护方式，找出施工效果更好的方法治理底鼓，力争为安全生产创造更有利的条件。

参考文献：［１］薛顺勋，聂光国等．软岩巷道支护技术指南［Ｍ］．北京：煤炭工业出版设，２００２．［２］何满潮，孙晓明．中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．（１）单台带式输送机控制以多机驱动带式输送机控制为例。

由上述介绍可知，长距离、大容量带式输送机，由于整机功率增大，往往采用多电机集中驱动及附加中间驱动。

这一类带式输送机的控制对象，通常有一到四台主驱动电机，于到三台中间驱动电机。

还有软启动装置的各种辅助电机。

其中主电机因为容量大；往往采用高压供电，辅助电机采用低压供电。

由此可见，大型带式输送机电控不仅控制对象多，而且供电等级多，确实是一个大而复杂的系统。

除动力部分外，电控系统有启动预警、声光信号，有《煤矿安全规程》规定的所有保护功能，具备相应保护的各种通讯接口试；采用人机界面触摸屏显示输送机的运行工况和故障状态。