注浆治理巷道底鼓论文（精选4篇）
注浆治理巷道底鼓论文 篇1
底鼓是煤矿巷道中一种常见的动力现象。长期以来, 对于底鼓的控制, 人们多注重对底板岩层的研究和处理, 而忽略了巷道其他部位对底鼓的作用。对于巷道这个复合结构体而言, 其由顶板、底板、两帮三部分组成, 结构体各部分在矿山压力的作用下受力状态不同, 其围岩性质也存在较大差异, 因而从理论上来讲, 巷道的顶、底、帮对巷道底鼓和巷道的稳定性都有一定的作用[1,2,3]。
山西潞安环能股份有限公司漳村煤矿2205工作面回风巷底鼓现象较严重, 已经影响到矿井的正常生产。目前该矿主要采取挖底的方式处理底鼓问题, 但挖底后底鼓还是会发生并且仍能达到相近的底鼓量。笔者以漳村煤矿2205工作面回风巷为技术背景, 从处理两帮的角度探讨控制底鼓问题的可能性, 即运用两帮注浆的方法来改善两帮的应力状态, 提高围岩自身强度, 从而达到控制底鼓的目的。并运用FLAC3D数值模拟软件对这一方案进行了模拟验证。
1 试验巷道地质概况
试验选在漳村煤矿2205工作面回风巷。2205工作面位于22采区北部, 东面为22采区大巷, 西面为22排水进、回风巷, 西距常村矿井田边界397 m, 其切眼西距常隆水库、大坝分别为247 m和211 m, 西距大坝保护煤柱8 m, 南面为正在回采的2203工作面, 北面为未开采区。
2205回风巷预计沿3#煤层中间留1.5 m厚顶煤掘进, 巷道长1 599 m;煤层平均厚6.14 m, 平均单轴抗压强度为9.6 MPa。2205工作面岩层综合柱状图见图1。
2 巷道底鼓原因分析
2.1 采动影响
由于2205工作面回风巷的南面为正在回采的2203工作面, 试验巷道会受到其采动的影响, 所以认为回采引起的采动应力是发生底鼓的根本性因素。试验巷道底板处于坚硬的岩体之中, 两帮煤体强度远低于底板, 巷道在开采扰动等复杂应力作用下, 两帮煤体首先发生破坏, 进而导致上覆岩层的重力通过弹塑性区的围岩传递到底板岩层, 使底板底鼓破坏[4,5]。因此认为采动影响下的2205工作面回风巷以挤压流动型底鼓为主。
2.2 底板无支护
巷道的两帮和顶板都有锚 (杆) 索网联合支护, 而底板只有极少数采用注浆加固 (已破坏) 之外, 几乎没有采取任何形式的支护措施。而且巷道底板下面有煤层, 相对于岩层, 煤层强度更低, 自身的承压能力也低, 在围岩的高应力条件下产生底鼓。
3 巷道底鼓控制分析
针对上述试验巷道底鼓的发生机理, 在此基础上提出对两帮进行注浆的方法来控制巷道的底鼓。具体措施如下:对巷道两帮进行注浆加固, 其实质是加固两帮, 提高巷帮自身强度, 加大对来自顶板压力的支撑作用, 进而减弱顶板采动应力向底板的传递, 从而达到减轻巷道围岩应力和变形量的目的。并且运用FLAC3D软件进行数值模拟, 与原支护条件下巷道进行对照比较。
3.1 注浆材料的确定
注浆加固的目的在于提高围岩的承载能力, 从而控制围岩的变形, 要求加固后在采动影响过程中有效控制巷道断面。要求注浆材料具有低黏度、高渗透性, 浆液的固化速度可调, 同时浆材结石体应具有较高强度和较强的抗变形能力[6]。根据围岩变形情况和工程需要, 以及漳村煤矿的以往试验经验, 本工程采用固瑞特201化学加固材料, 该材料具有较强的渗透性和较高结石体抗压强度, 完全满足加固工程的需要。
注浆材料“固瑞特GRT201”具有以下特点:
1) 属于双组分注浆加固材料;
2) 室温条件下的黏度为25~50 Cp;
3) 改变促进剂用量可调整反应速度, 固化时间在20~60 min可调;
4) 结石体抗压强度高达40~55 MPa;
5) 裂隙面有较强的黏结力, 黏结强度5~10 MPa。
3.2 主要施工参数
根据相关的文献资料[7,8], 本次试验主要的施工参数有:注浆压力、孔间距、钻孔长度及封孔长度、单孔注浆量等。为确保试验的顺利进行, 根据试验巷道的实际情况以及漳村煤矿的以往经验, 确定两帮注浆施工参数见表1, 钻孔布置见图2。
采用FLAC3D软件对原支护情况下和两帮注浆后的巷道情况分别进行数值模拟, 并用TECPLOT后处理软件对模拟结果进行处理。
3.3 模型的建立
以现场提供的岩体为基础, 通过对取样岩体在实验室进行测试, 岩石材料的物理力学参数见表2。理论分析知, 围岩中应力分布影响范围一般是巷道半径的3~5倍, 宽度取一循环进度, 巷道设计为矩形断面, 巷道宽4.6 m、高3.6 m。巷道模型见图3。根据现场实测数据, 模型上边界施加垂直荷载8.78 MPa, 水平载荷6.54 MPa, 模型其他3个边界为位移约束[9,10]。
注:括号内数值为两帮注浆后的力学参数。
3.4 数值模拟结果
3.4.1 数值模拟结果分析
两帮注浆后的模型建立与原支护条件下的巷道模型相似, 模拟效果是通过改变两帮注浆范围内围岩的力学参数来实现的。两帮注浆前后巷道围岩位移分布见图4。由图4可知:在原有支护条件下, 巷道底鼓量最大值可达116 cm, 巷道顶板下沉量最大值为73 cm, 两帮位移量最大值为49 cm, 最大水平位移量发生在底板深部, 说明巷道底鼓是来自顶板的应力通过两侧的煤体向底板传递并通过底板向巷道内挤压引起的;两帮注浆后, 巷道底鼓量最大值仅为25 cm, 顶板下沉量最大值也仅为55 cm, 巷道两帮水平位移量减小至14 cm, 最大水平位移量发生在顶板两角处, 这是由于采取两帮注浆的措施后, 两帮强度提高, 来自顶板的应力不能较好地通过两帮传递到底板, 致使底鼓量减小, 相比原支护条件下巷道的变形量明显减小。
3.4.2 数值模拟结果对比
根据FLAC3D相似模拟实验的结果, 可以得到两帮注浆前后巷道围岩位移对照图见图5。由图5可以看出:通过采取两帮注浆措施后, 巷道底鼓量从116 cm减小至25 cm, 减小了78.4%;顶板下沉量从73 cm减小至55 cm, 减小了24.7%;左右两帮位移量均由49 cm减小至14 cm, 减小了71.4%。底鼓量、顶板下沉量、两帮位移量分别减小了91、18、35 cm。说明采取两帮注浆的方法能够有效控制巷道底鼓以及巷道变形, 改善巷道条件。
4 结论
1) 漳村煤矿2205工作面回风巷底鼓类型为挤压流动型, 其底板破坏作用机理是:在超前支承压力或者侧向支承压力的作用下, 两帮煤体将首先发生破裂, 加上受采动影响, 导致上覆岩层的重力通过弹塑性区的围岩传递到底板岩层, 使底板发生剪切破坏。当底板岩层超过其极限承载能力时, 就会发生沿着滑移线向巷道内的挤压流动, 从而形成巷道底鼓[11]。
2) 由FLAC3D软件数值模拟可知, 采取两帮注浆措施后, 巷道底鼓量、顶板下沉量、两帮位移量分别为25、55、14 cm, 分别减小了78.4%、24.7%和71.4%。可见, 对巷道两帮注浆是一种行之有效的控制巷道底鼓的方法。
摘要：以漳村煤矿2205工作面回风巷为试验背景, 通过对其顶底板、两帮与煤柱的破坏关系分析, 得到2203工作面的采动影响是造成其巷道底鼓的主要原因, 其底鼓类型为挤压流动型;结合巷道的实际情况, 提出对巷道两帮注浆来控制巷道底鼓的方案, 并运用FLAC3D软件进行数值模拟, 结果显示:两帮注浆后巷道底鼓量、顶板下沉量、两帮位移量分别为25、55、14 cm, 相比原状态分别减小了78.4%、24.7%、71.4%, 有效改善了巷道底鼓状况。
关键词：巷道底鼓,两帮注浆,数值模拟
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深井软岩巷道底鼓治理研究 篇2
1 深井软岩巷道底鼓机理
一般认为, 巷道埋深越大, 围岩所受应力也就越大, 深井开采的最主要特点是采深大和地应力大。研究发现, 巷道围岩所承受的水平应力和垂直应力在一定条件下均可引起底鼓, 但同样条件下水平应力引起的底鼓又大于垂直应力引起的底鼓。深井开采与浅部开采的在应力方面表现为水平应力可超过垂直应力[1], 因此矿井深部巷道更容易发生底鼓。河南某矿平均埋深930 m的21130工作面曾做地应力测量时发现, 巷道水平地应力为垂直地应力的2倍左右。巷道在开挖之前, 围岩处于三向应力平衡状态, 开挖后, 原有的应力平衡遭到破坏, 巷道围岩向着巷道内移近, 巷道内壁围岩多处于单向应力状态, 其强度大大降低。基于此可认为, 深井巷道围岩一方面在强大地应力作用下趋于软化, 另一方面平衡应力遭到破坏, 出现应力集中, 加剧其软化趋势, 最终大大降低了深井巷道围岩的强度和其承载能力。岩石的水理作用下也是引起深井巷道底鼓的主要原因。理论认为, 软岩遇到水后, 软岩会发生不可逆转的物理化学作用, 其主要表现在岩石遇水膨胀和崩解, 而后发生膨胀变形。如该工作面巷道底板岩层中含有的蒙脱石和伊利石等亲水矿物质, 遇水后能将水吸附在晶格表面, 造成岩石膨胀, 这也是相当一部分矿井工作面巷道底鼓的主要原因。
此外, 引起深井软岩巷道底鼓的因素还很多[2], 如: (1) 温度, 深井工作面温度较高, 且随着季节变化有明显变化, 这样极易给予巷道围岩一种活化作用, 造成工作面围岩强度降低, 引起底鼓; (2) 通风, 风流流经工作面巷道时会对巷道围岩中的空隙产生风化, 造成围岩结构的变化, 降低其强度, 引起底鼓; (3) 机械扰动, 巷道中的设备运转会对巷道围岩产生扰动作用, 给予巷道围岩机械活化作用, 降低其强度; (4) 支承压力, 在工作面回采期间, 工作面超前支承压力通过工作面巷道两帮传递给底板, 底板岩层便会出现垂直拉伸应变作用, 由于通常回采巷道底板为抗拉强度较低的层状岩石, 巷道底板岩层在超前支承压力作用下逐渐发生离层, 在拉伸应力作用下极易发生变性破坏, 破坏形式则以底鼓为主[3]。
2 深井软岩巷道底鼓类型
深井软岩巷道底鼓可根据其机理划分为应力型底鼓、膨胀性底鼓和塑性挤出型底鼓三种类型[4]: (1) 应力型底鼓, 一般认为深井软岩巷道应力型底鼓是由巷道围岩压力促使巷道底板变形破坏而引起的, 当巷道底板岩层完整度较差, 硬度较低时, 在掘进过程中巷道周围形成的松动圈会相应增大, 促使巷道两帮的应力向着岩体深部转移, 这时的巷道底板在强大远场地应力挤压作用下, 低强度破碎喊道底板岩层向巷道内变形产生底鼓; (2) 膨胀性底鼓, 研究认为膨胀型底鼓一般是受水理作用引起, 巷道底板岩石在水理作用下发生软化并产生膨胀变形, 膨胀型底鼓对于底板岩石含有蒙脱石、伊利石等易膨胀性矿物质尤为显著; (3) 塑性挤出型底鼓, 塑型挤出型底鼓是指在大埋深高、高应力作用下, 较为软弱的具有一定塑性的层状岩石在其所受应力超过其屈服极限时, 便会沿着最大应力梯度方向向着临空区域挤出, 产生流动性破坏进而引起巷道底鼓发生。
3 深井软岩巷道底鼓治理措施
在进行深井软岩巷道底鼓治理是应掌握所治理巷道的岩层特点, 并根据实际情况有针对性地制订合理的底鼓治理措施, 同时要做到“预防为主, 治理为辅, 防治结合”的巷道底鼓治理原则, (下转第179页) 尽可能地采用全封闭或者卸压法来改善工作面巷道底板应力状态, 同时应考虑到巷道顶板、两帮与底板之间的关系, 做到巷道整体性支护。
通过对巷道底鼓机理和过程的分析可知, 强大的地应力和水理作用是造成工作面巷道底鼓的主要原因, 基于此认识可对采取措施控制深井巷道底臌[5,6]: (1) 设计并选择合理的巷道断面形状和位置, 尽量选择承载能力和抗变形能力较强的圆形和拱形巷道, 尽量把巷道设计在强度较高的岩体内; (2) 工作面回采巷道掘进开挖后立刻喷射混凝土对围岩进行封闭处理, 确保巷道围岩处于最大的自然含水状态, 减少巷道受到外部水理作用、风化作用和外部扰动作用; (3) 注重对巷道底板和顶板边角位置的支护, 在巷道围岩未出现大面积破坏之前主要可采用打角锚杆对巷道进行支护, 充分利用锚杆的主动支护作用来加固巷道围岩, 保证巷道威严处于一个相对完整的状态, 同时锚杆价格低廉, 经济效益较好; (4) 可采用一系列措施进行巷道底板卸压处理, 如利用钻爆发使底板出现人为的裂隙带, 降低岩层应力, 同时辅助以浇灌水泥浆, 使底板岩层形成强度较高的整体结构, 提高巷道底板岩层的强化效果; (5) 对于难支护或者破坏严重的巷道段可采用强度较大的U型钢封闭式支架进行支护, 能够适应巷道变形同时给予巷道一定的主动支承作用; (6) 加强巷道水的治理是防治巷道底臌的重要措施, 矿井水对岩层特别是膨胀性岩层侵蚀作用很大, 因此治理巷道水要做到“无水设防, 有水必治”, 对裂隙水、断层水及时堵截或疏导, 加强施工用水管理, 制定专项巷道水治理措施。
4 结语
在工作面掘进及回采期间, 深井软岩巷道变形破坏严重, 其中又以底鼓为巷道主要破坏形式。分析认为, 引起深井软岩巷道底鼓的主要原因有强大的地应力及水理作用, 通风、温度、采动影响以及机械扰动对深井软岩巷道底鼓也有较大的促进作用。在治理软岩巷道底鼓时应以“预防为主, 治理为辅, 防治结合”的巷道底鼓治理原则为基础, 考虑巷道顶板、两帮与底板之间的联系性, 有针对性地制订合理的底鼓治理措施。
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注浆治理巷道底鼓论文 篇3
1巷道底鼓原因分析
(1) 巷道围岩岩性较差。
东翼轨道大巷综合柱状如图1所示。东翼轨道大巷围岩以泥岩、砂质泥岩为主, 不仅岩块强度较低, 完整性差, 而且岩体结构面极为发育, 围岩整体强度较低。同时, 受落差为15～150 m的F16 (毛屯大断层) 影响, 围岩更加松散破碎, 原有节理、裂隙扩展, 产生新的裂隙, 导致巷道围岩整体强度进一步降低。巷道掘出后, 围岩具有较强的流变特性, 单纯的锚网索支护难以控制巷道围岩的强烈变形。
(2) 巷道围岩应力水平高。
由于巷道断面大、交叉点多、空间布置密集 (图2) , 致使巷道围岩应力相互叠加, 形成较高的支承压力, 加上构造应力的相互作用, 巷道围岩应力水平远高于围岩体自身的强度, 巷道表面围岩破坏严重。
(3) 无控底措施。
在深部高应力软岩巷道中, 支护结构的压力来自四周。由于一次支护只对顶板和两帮进行锚网索支护, 巷道底板没有进行支护处于开放状态, 导致支护结构出现薄弱带。
(4) 底板水的影响。
由于工程水的流经侵蚀, 底板岩层强度显著降低, 产生显著的塑性变形和剪切破坏, 很容易底鼓。
此外, 造成底鼓破坏的因素还很多, 诸如动压影响、巷道围岩暴露时间长短的影响等。总之, 底鼓是各种应力效应、构造效应及时间效应在井巷工程中的综合反映[1]。
2巷道底鼓治理思路
分析巷道围岩岩性特征及变形特点得知, 软岩巷道围岩变形持续时间较长, 巷道扩刷、卧底后, 巷道围岩更加破碎, 围岩松动圈发育范围会进一步扩大。传统的支护方式很难有效、长久控制巷道变形, 需采用全封闭耦合支护技术。
(1) 加强两帮支护强度。
目的是为了提高围岩的残余强度和自承能力, 限制两帮内移, 达到控制底板有效跨度的目的, 有利于巷道底板稳定。
(2) 采用全封闭式金属支架。
有效提高控制巷道两帮内移能力, 减小巷道底板所承受的水平力, 控制巷道底板岩层的离层和断裂。支架底拱对底板的支撑改变了巷道底板岩层受力状态, 使其由两向受力变为三向受力, 形成全封闭的整体承载环机构[2], 从而大大提高围岩强度, 增加了围岩稳定性。
(3) 采用底角注浆锚杆[3]。
①底角锚杆可加固底板岩体, 形成加固圈, 提高底板稳定性;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;减少由于两帮破裂围岩压缩下沉所造成的底鼓、体积膨胀量, 从而减少巷道底鼓。②注浆锚杆还起到注浆管的作用, 可利用其给底板围岩注浆。通过注浆将破碎围岩胶结成整体, 改善围岩的结构及其物理力学性质, 即提高围岩的内聚力和内摩擦角。采用注浆锚杆注浆, 利用浆液封堵围岩裂隙, 防止围岩被水浸湿而降低围岩的自身强度, 提高围岩的整体稳定性。利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙, 配合锚网喷支护, 可以形成一个多层有效组合拱, 即喷网组合拱、锚杆压缩组合拱及浆液扩散加固拱, 扩大支护结构的有效承载范围, 提高支护结构的整体性和承载能力, 从而有效控制深部软岩巷道的大变形。
3巷道底鼓综合控制技术
(1) 高强度高延伸率锚网索支护。
为保证巷道围岩稳定, 减少围岩的二次破坏和扰动, 锚网索支护采取扩刷一排支护一排的方式, 扩刷循环进尺1 200 mm。拆除原有失效锚杆, 补打高强扭矩应力锚杆 (强度500 MPa) , 锚杆规格Ø20 mm×2 400 mm, 间排距均为800 mm, 锚杆预紧力不小于200 N·m, 锚固力不低于150 kN。巷道全断面铺Ø6 mm钢筋网, 挂钢筋梯。网片规格2 000 mm×1 000 mm, 网孔为100 mm×100 mm, 网片搭接宽度100 mm, 每隔一格用14#铁丝双股绑扎。钢筋梯用Ø14 mm圆钢加工。重新张拉拱部锚索, 失效锚索重新补打;帮部增加短锚索补强支护, 锚索规格Ø17.8 mm×5 300 mm, 排距1 600 mm, 每排锚索挂1根长3 600 mm的14#槽钢梁。锚索垫板规格200 mm×100 mm×16 mm, 垫板与槽钢中间夹垫1块200 mm×100 mm×50 mm木垫板, 锚索预紧力不小于100 kN, 锚固力不低于200 kN, 锚索紧跟掘进面安装 (图3) 。
(2) 全封闭U型钢及注浆锚杆二次支护。
一次支护结束后, 滞后20 m进行二次U型钢支护。架好支架后, 设计底板以上部分铺设Ø6 mm钢筋网。网后空帮、空顶部分用矸石充填密实, 而后对底板以上部分喷混凝土封闭U型钢支架, 喷射混凝土强度C20。喷浆结束后, 打设注浆锚杆, 锚杆规格Ø20 mm×2 200 mm, 与高强树脂锚杆交叉布置, 间排距为2 500 mm×2 400 mm (图4) 。
4支护效果监测与分析
对东翼轨道大巷底鼓严重巷道加固处理后, 进行了巷道变形监测。经过近90 d的观测, 两帮移近量为43 mm, 顶底板累计移近量在25 mm左右。巷道的表面位移量在45 d左右围岩变形基本趋于稳定。由此可见, 采用新的支护技术后, 围岩总体变形量显著减小, 巷道围岩变形得到有效控制, 巷道断面能够满足使用要求。大巷修复二次支护断面如图4所示。
5结语
工程实践表明, 东翼轨道大巷采用的“高强度高延伸率锚网索喷+全封闭U型钢支架+注浆锚杆”耦合支护技术, 成功解决了赵固一矿复杂软岩大断面巷道底鼓的治理难题, 确保了矿井的安全生产, 可为类似条件下的巷道底鼓治理提供借鉴。
摘要：随着矿井开采深度的增加, 巷道底鼓现象已成为软岩巷道围岩变形和破坏的主要特征之一。通过分析赵固一矿东翼轨道大巷底鼓原因, 提出了高强度高延伸率锚网索喷+全封闭U型钢支架+注浆锚杆耦合支护技术。工程实践表明, 在深部复杂的软岩巷道支护中, 该技术能有效控制巷道底鼓, 其技术经济效果良好。
关键词：软岩巷道,底鼓,治理技术
参考文献
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注浆治理巷道底鼓论文 篇4
煤矿位于沁水煤田中部, 主采山西组3#煤层, 井田范围内煤层平均厚度为6.5 m, 煤层倾角为4°~6°。煤层老顶为均厚为9.5 m的坚硬砂纸泥岩;直接顶为平均厚度5.4 m, 松软、易冒落、层理发育的厚层状泥岩;直接底为均厚4.2 m的泥岩, 该泥岩较发育, 遇水易泥化;老底为均厚3.4 m的质地较软砂质泥岩。12021综采工作面是该矿井东翼采区首采工作面, 开采方式为后退式长壁采煤法, 在回采过程中其瓦斯排放巷和回风巷底鼓严重, 巷道断面急剧收缩, 顶板下沉明显, 很大程度影响了工作面的正常回采工作。因此, 有必要巷道底鼓进行治理, 以改善工作面开采条件。
1 软岩巷道概况
12021工作面通风方式为两进两回方式, 即由进风巷 (120211巷) 和运输巷 (120213巷) 进风, 回风巷 (120212巷) 和瓦斯排放巷 (120214巷) 回风。瓦斯排放巷即作为12021综采工作面的回风用, 同时又将作为12023综采工作面的材料巷, 由于其同时服务于两个综采工作面, 故其服务时间相对较长, 且该瓦排巷围岩软弱, 底鼓现象较严重, 特别受到工作面采动影响作用, 底鼓显得尤为明显。120214巷在工作面回采800 m~100 m范围时开始出现轻微底鼓, 随着工作面进一步推进, 底鼓量和底鼓变化速度逐渐加剧, 回采到280 m~320 m范围时出现严重底鼓现象, 平均底鼓量达到了450 mm, 局部达到870 mm。轻微巷道底鼓可以通过拉底来解决, 但底鼓过于严重不仅直接影响到材料运输、生产的进行, 同时处理底鼓的工作量和难度也大幅度增加。因此, 本着节约物料、人力, 保障正常生产的目的, 有必要了解和掌握软岩巷道底鼓原因, 并提出针对性的解决措施。
2 软岩巷道底鼓机理分析
软岩巷道底鼓机理较复杂, 既有巷道围岩特性、地层应力等内在因素, 又有工作面采动影响、支护状况、巷道设计等外在因素[1,2]。综合影响软岩巷道底鼓因素, 认为引起巷道底鼓的主要原因有巷道围岩特性、地层应力、采动影响、支护状况、水理作用等[3,4]。
a) 巷道围岩特性是影响巷道底鼓最直接也是最本质的因素, 其决定着底鼓程度和底鼓类型;一般而言, 巷道围岩强度较低, 底鼓发生率较高, 相反, 围岩强度较高, 则底鼓程度和底鼓发生率较小;120214巷底板为泥岩-砂质泥岩, 其强度和硬度较低, 在回采过程在受到内外力作用下引起变形和破坏;
b) 巷道在未开挖前处于三向原岩应力平衡状态, 在开挖后原来的平衡应力状态遭到破坏, 围岩所受应力重新分布, 当巷道底板岩层受到的垂直应力超过底板岩层强度时则会引起底板岩层变形甚至破坏;一般而言, 矿井地应力随着开采深度增加而逐渐增加, 120214巷深度已经超过600 m, 极大的地应力是造成该巷道底鼓的重要因素;
c) 根据矿压理论可知, 随着工作面的逐渐推进, 在工作面前方形成的超前支承压力会传递到巷道两帮煤柱上, 由于煤柱所接触的顶板和煤柱两帮都进行了支护, 只有底板未采取任何支护措施, 故超前支承应力通过煤柱作用在支护处于空白区的巷道底板上。底板受到超前应力作用, 底板承载能力较超前支承应力较低, 底板无法承受巨大应力, 导致底板出现变形和破坏;
d) 一般巷道只是进行顶板和两帮支护, 本着节约材料、提高安全的目的, 底板一般不进行支护, 这样造成底板的承载能力较低, 难以抗拒地应力作用, 最终导致底鼓的发生;
e) 根据资料可知, 矩形巷道往往比拱形巷道更易发生底鼓, 120214巷道正是采用矩形巷道断面, 此断面形式也是造成该巷道底鼓的原因之一;
f) 由于120214巷道天天需要喷雾降尘, 同时部分顶板存在顶板淋水现象, 导致在巷道某些地段存在积水, 积水与底板岩层接触发生水理作用, 同时还经过底板裂隙渗入到底板内部, 大大地降低了底板围岩强度;对比120214巷道积水处和干燥处发现, 积水处底鼓现象明显较干燥处底鼓严重, 说明软岩的水理作用是造成软岩巷道底鼓的重要因素。
3 软岩巷道底鼓治理
分析了引起120214巷道底鼓的主要因素, 可有针对性地进行底鼓治理。由于在120214巷道开巷时只是进行了顶板和两帮支护, 为对巷道角部进行支护, 故应对巷道煤柱角部进行支护, 这样可以有效地降低巷道角部的应力集中程度, 使得巷道在角部能够具有较高的承载能力, 同时可以提高煤柱强度, 减少煤柱两帮变形量, 通过加固煤柱角部可以促使煤柱与顶底板形成统一、完整的整体, 减少煤柱体积膨胀量、顶底板变形量, 从而提高巷道稳定性, 达到控制120214巷底鼓的效果。
由于120214巷道底板为泥岩和砂质泥岩, 其承载力和强度较低, 故难以抗拒地应力作用, 引起可以采用加强支护的方法控制底鼓, 如采用反拱、底梁和底锚杆等方式来加强底板岩层的强度和完整性。根据120214巷道的实际情况, 最好的方式为打底梁, 即沿着巷道底板每隔一定的距离打设一根工字钢底梁, 同时用单体液压支柱顶住底梁, 使其稳固, 这样不仅可以有效地控制底板变形, 同时还可以通过单体液压支柱的卸载来缓解一定的围岩应力。
进一步加强巷道水治理, 通过喷雾形式进行巷道降尘, 严格控制喷雾降尘用的水量, 严禁使用冲洗方式洒水。根据巷道实际情况, 在其低洼处施工建立水仓, 用于防止巷道积水发生。定期检查排水管路, 防止排水管路出现跑、冒、滴、漏现象发生, 若不适合建立水仓, 应派专人定期观测巷道积水情况, 根据需要进行排水处理。
4 巷道底鼓治理效果分析
通过对120214巷道采取巷道角部支护、加设底梁和巷道水治理等手段来控制巷道底鼓, 经过一段时间的现场测量发现底鼓控制效果明显, 底鼓量控制在200 mm以内, 同时巷道顶板和两帮变形也大幅度降低。该底鼓治理方式相对于不断地进行扩帮、拉底不仅大大降低了财力、物力和人力的投入, 同时也节约了巷道维护的工作量和维护时间, 缓解了采面的衔接, 有利于提高矿井的综合效益。此外, 还应加强矿压规律的监测与掌握, 在周期来压时要加强巷道支护。
5 结语
软岩巷道底鼓一直是回采过程中面临的重要问题之一。地应力、水理作用、支护状况、断面形状等是引起巷道底鼓的主要因素, 并结合实际情况分析了巷道角部支护、增设底梁和控制巷道水等措施对于改善底鼓的影响。
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