动压影响巷道底鼓机理及防治措施

动压影响巷道底鼓机理及防治措施

摘要：从围岩应力的角度分析了底鼓发生的机理，并对底鼓的治理方法进行了探讨。

关键词：底鼓；动压；防治措施

目前，随着支护技术的发展，已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，然而对于防止底鼓却一直缺乏既经济又有效的办法。强烈的巷道底鼓不仅带来了大量的维修工作，增加了维护费用，而且还影响了矿井安全生产。

寺河矿为了满足瓦斯治理及运输等要求，采用了大采高工作面多条巷道布置（三进二回）方式，计划把其中两回风巷留下，作为相邻大采高工作面的两进风巷道，但随着工作面的推进，回风巷受到强烈的采动影响，其中底鼓是最为突出的动压显现之一。局部地段底鼓量达１ｍ以上，巷道断面收缩率达到３０％以上，甚至发生巷道坍塌，维护极为困难。回风巷道能否正常复用，关系着寺河矿采掘衔接、资源回收和高产高效等重大问题，因此分析动压区巷道底鼓机理，并对防治措施进行探讨，具有十分现实的意义。

１动压区巷道压力显现的特点

在多条巷道布置方式中，复用的两回风巷一般要经过开挖巷道影响、超前压力影响、滞后压力影响和二次采动影响，影响强度与地质条件、煤柱宽度和开采技术等因素有关。通过对寺河矿已经开采的２３０１，２３０２和正在开采的３３０２三个大采高工作面分析，发现动压区巷道压力显现一般有如下特点：

（１）回风巷底鼓显现一般发生在滞后工作面时，滞后采动影响时间长、强度大，其巷道表面变形有如下趋势（见图１）：在工作面前方，巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量都很小，分别占整个变形量的３．２％，３０％和１．５％；工作面后方根据巷道变形程度可划分为３个区，０～２００ｍ为变形加剧区，巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量急剧增大，分别占整个变形量的８２％，６３．６％和９０％；２００ｍ～３００ｍ为变形趋缓区，巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量分别占整个变形量的１０．７％，６％和５％；３００ｍ以后为变形稳定区，巷道表面变形基本趋于稳定，此阶段巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量分别占整个变形量的４．１％，０．４％和３．５％。

（２）巷道底鼓与围岩地质力学性质有关。不同的地质条件，动压显现不同。在地质条件相对简单，围岩完整性好，强度相对较大，巷道底鼓量较小；但在围岩破碎的地段，地质条件相对复杂，底鼓量明显增大。

（３）底鼓与巷道断面积有关。断面积越大，巷道底鼓可能性越大，底鼓量也越大。（４）煤柱宽度对巷道底鼓产生较大的影响。随着煤柱宽度的增大，煤柱传递给底板的力增加，煤柱对底板的反力起着抑制底鼓的作用。

（５）底鼓量与横川间长度有关。在相同条件下，煤柱的完整性越好，整体的支撑性能也越好，从而可一定程度上控制底板的上移，但联络横川破坏了煤柱的完整性能，并在横川与巷道的交会处，很容易形成应力集中，加剧巷道底鼓。

２受大采高采动影响底鼓机理分析

大量的现场观测和实验室试验研究表明［１］，由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，底板岩体鼓入巷道的方式及机理也不同，一般可分为４类：挤压流动性底鼓；挠曲褶皱性底鼓；遇水膨胀性底鼓；剪切错动性底鼓。

大采高工作面巷道受力特点为水平应力均大于垂直应力，并且，水平应力的集中系数大于垂直应力的集中系数。笔者认为大断面回风巷在动压高应力作用下发生了挤压流动性底鼓。在采动垂直应力和水平应力的作用下，巷道两帮首先发生破坏，整个巷道都位于较松软破碎的岩层中，这时巷道周边的围岩松动圈很大，两帮的应力集中区转移到岩体的深部，煤柱对底板的约束作用减弱。然后，在强大的水平应力作用下挤压底板岩体向巷道内流动。

３动压巷道底鼓防治措施探讨

３．１大煤柱与跳采和起底等方法存在的问题

通过现场观察和分析可以得出，大采高动压影响范围大，大煤柱留设尽管在一定程度上有利于巷道的维护，但仍然会受到采动影响，并且当煤柱超过５０ｍ后，效果将不再明显，另外从资源回收等方面考虑，煤柱也不宜过大。

采用跳采，虽说可以避开相邻工作面的采动影响，但会造成巷道掘进率高，矿井采掘衔接紧张等问题，同时，留下了孤岛工作面，给今后高应力区内工作面开采造成困难，因此跳采也不能从根本上解决巷道底鼓的问题。

过去寺河矿处理底鼓的主要方法是起底，多次起底不仅会使巷道维护费用显著增加，而且还会影响巷道两帮和顶板的稳定性，间接导致巷道围岩整体失稳。

３．２治理底鼓的方法

综上所述，只有在动压区对巷道底鼓进行一定的治理才是根本之策。目前，治理底鼓的方法可分为三大类型，即：支护加固法、卸压法及联合支护法。

３．２．１支护加固法

支护加固法就是对巷道底板岩层支护或增强其强度，从而提高底板岩层的稳定性，减小底鼓

量。它包括底板锚杆、底板注浆及封闭式支架、混凝土反拱等形式。

寺河矿当前３３０２２巷道底鼓治理，就是采用树脂端部锚固水泥浆全长锚固组合锚杆加固系统，对于地质条件困难地段，采用混凝土浇注底板。这样支护的工作原理主要有三方面：一是将软弱底板岩层与其下部稳定岩层连接起来，抑制因软弱岩层扩容、膨胀引起的裂隙张开及新裂隙的产生，阻止软弱岩层向上鼓起。其次是把几个岩层连接在一起，作为一个组合梁，起承受弯矩的作用。此组合梁的极限抗弯强度比各个单一岩层的抗弯强度的总和大。最后，通过加注水泥浆，浆液渗透到岩层裂隙之间，增加了破碎岩石之间的黏结力，在底板中形成一强度比加固以前大的整体结构。

３．２．２卸压法

卸压法与支护加固法控制软岩巷道底鼓的机理不同，它的实质是采用一些人为的措施改变巷道围岩的应力状态，使底板岩层处于应力降低区，从而保证底板岩层的稳定状态。它特别适用于控制高地应力的巷道底鼓。

目前出现的卸压法有切缝、打钻孔、爆破及掘巷卸压等形式。

３．２．３联合法

如果单独使用支护加固法或卸压法还没有取得满意的效果，则需要采用联合支护法，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，如底板爆破注浆、切缝与锚杆、封闭式支架与爆破等。

在大采高动压影响区巷道底鼓的治理必须采用联合的治理方法，一方面利用卸压法降低围岩的应力集中系数，另一方面，采用支护加固法对巷道围岩进行支护和加固，提高围岩的整体强度。

４结语

（１）动压区巷道表面位移一般分为三个区段（加剧区，趋缓区和稳定区），当工作面推进超前３００ｍ后，巷道表面位移量才趋于稳定。

（２）受大采高动压影响，底板岩体鼓入巷道的机理为挤压流动性底鼓。首先，两帮在垂直应力作用下被破坏；其次，在水平应力作用下挤压底板岩体向巷道内流动。

（３）根据不同的地质条件、巷道底鼓破坏形式及程度，选择相应的治理方法，但最终从根本上治理底鼓应采用支护加固和卸压相结合的方法，因此，应加强对巷道底鼓联合治理方法的研究力度。

（４）影响底鼓的主要因素有底板围岩性质、应力分布、巷道断面和工作面的开采强度等。（５）在满足通风要求的同时，尽量减小联络横川的数量，加大横川之间的煤柱长度，这样，