油頁巖二礦軟巖巷道底鼓原因及控制技術研究

摘要：吉林成大弘晟油頁巖二礦2405運順底板圍巖松軟破碎，巷道底鼓嚴重。分析2405運順底鼓原因，得出底板圍巖特性是造成巷道底鼓的主要因素，水浸作用，支護體系不耦合，采動影響是造成巷道底鼓劇烈的誘導（加?。┮蛩?。提出了“底腳錨桿+泄壓槽+補打頂幫錨桿（索）”的軟巖巷道底鼓控制技術。

關鍵詞：軟巖巷道；圍巖特性；底鼓治理；穩定性

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0112-02

1 工程地質條件

弘晟油頁巖二礦2405運順處于特殊圍巖環境條件下，巷道底鼓劇烈，兩幫破碎，頂板下沉，給工作面安全生產帶來極大的困難。針對2405運順支護難題，基于一體化綜合控制思路，提出了“泄壓槽+底腳錨桿”支護形式控制巷道底板圍巖的穩定性。現場觀測結果表明，該支護方案對巷道圍巖變形控制效果較好。

2405運順是4層的第5個綜采工作面，北臨2407工作面（已回采），工作面內油頁巖層賦存穩定，油頁巖層厚度2.4m，油頁巖普氏系數為3-4，油頁巖上偽頂為泥巖，厚0.4m；直接頂為泥巖，厚1.5m，抗壓強度24.6MPa，軟化系數0.4，屬于易冒落半堅硬不穩定型；老頂為粉砂巖，厚度21m；偽底以炭質泥巖為主，厚度1.43m；直接底為頁巖，厚度4.07m，其抗壓強度29.4MPa。經實驗分析得到，底板巖石屬于不堅硬不穩定型。

2 軟巖巷道底鼓特征

2.1 變形量大

據測量結果，2405運順巷底板鼓起量大，最大可達1.5m以上，該巷道500～800m斜坡段，7天累計底鼓量最大達0.6m以上。

2.2 變形持續時間長

軟巖巷道底板鼓起具有顯著地流變性，故底鼓具有明顯的時效性，對于軟巖巷道底板而言，劇烈的初始變形后，大約要數天甚至數月時間才能進入穩定變形階段，圍巖收斂停止得需要更長時間，況且是否能停止收斂變形還取決于支護結構。監測資料表明，巷道掘進3個月后變形速率無明顯降低，一般維持在30～80mm/d。

2.3 擠壓流動性底鼓

2405運順巷道直接底遇水膨脹，浸水后往往會泥化，崩解，碎裂，甚至強度完全喪失，受巷道兩側巖柱傳遞的水平壓力的擠壓作用，使巷道兩幫內移，引起底板軟弱破碎巖體向巷道內整體流動，導致底板巖層從表面向深部發生離層，并在巷道的中部鼓起進而斷裂，形成擠壓流動性底鼓。

3 軟巖巷道底鼓影響因素分析

巷道底鼓的因素很多，其中影響最大的因素是底板圍巖特性，其次是水理作用和采動影響，同時支護結構對底鼓量的大小也有一定的影響。

3.1 圍巖性態

2405運順巷道底板為頁巖，具有力學強度低及遇水易于軟化，崩解等不良性質，對巷道穩定性最為不利，底板長期處于敞開無支護狀態。因此當巷道圍巖壓力較大時，造成巷道底板出現應力集中現象，從而在巷道底板巖層中產生大量裂隙。隨著兩側的擠壓，導致裂縫處的巖層向巷道空間彎曲，表現出顯著的底鼓現象，進而直接影響巷道頂幫的穩定，產生頂板下沉，兩幫內擠，從而造成巷道支護結構的全面失穩破壞。

3.2 采動影響

2405運順與2407回順之間留設20m油頁巖柱，受側向支撐壓力影響，巷道成型質量極差，片幫嚴重，底鼓現象異常劇烈，并在巷道中間出現了寬約10～30mm，深300mm的裂縫，通過人工拉底來維持巷道的正常使用。當距回采工作面約100m左右時，受超前支撐壓力影響，巷道圍巖強度進一步減弱，導致底板松軟破碎巖體喪失其承載能力。

3.3 水理作用

水對巷道底鼓的影響主要通過水理作用表現出來。由于掘進巷道經常積水，而軟弱巖體內節理裂隙發育，水很容易進入巖體內部，使底板圍巖長期受到水理，風化作用，愈發加劇了圍巖向巷道自由空間的擠入趨勢，從而加大了巷道底鼓量。

3.4 支護結構

2405運順支護只注重巷道頂幫，未對底板進行任何有效支護，底板長期處于敞開不支護狀態，從而導致巷道底鼓量大于頂板下沉量。該巷道采用錨網索有效支撐巷道頂幫，而支護體系要承受住來至其周圍的壓力，只得將各種受力向未進行支護的底板即弱面進行傳遞，破壞了底板原有的應力平衡，以致底板向巷道內隆起，造成巷道底鼓。

在上述4個影響巷道底鼓的因素中，圍巖性質是產生底鼓的最根本原因，也是研究巷道底鼓控制的重點因素。

4 支護對策

4.1 支護設計原則

針對2405運順巷道底鼓問題，認為“強頂，固幫和有效強化底板”是維護巷道底板穩定的關鍵?；谝惑w化（支護體和圍巖）綜合控制思路確定底鼓治理方案，將各種支護方式有機結合起來，互為補充，充分發揮支護系統整體承載能力。在此基礎上，提出“底腳錨桿+泄壓槽+補打頂幫錨桿（索）”聯合支護方式，支護方式如圖1所示。

4.2 支護結構參數設計

4.2.1 強頂。頂板采用錨索加強支護，其間排距為1800mm×2400mm，規格為17.8mm×6000mm高強高預應力錨索。通過錨固作用調動深部堅硬巖層的強度，和原有支護體一起增加了松動巖體強度，起到了強頂目的。

4.2.2 固幫。幫部加固可通過加大錨桿布置密度來實現。由于該工程是修復巷道，施工時巷道圍巖的破壞區比較大，因此，在巷道幫部腰線位置增加一排20mm×2300mm高強高預應力螺紋錨桿，提高巷道幫部圍巖的穩定性。

圖1 支護結構參數設計

4.2.3 增加底腳錨桿。每側布置1根錨桿，按45度打設，規格為20mm×2000mm高強高預應力螺紋鋼錨桿。

4.2.4 底板中間施工規格為400mm×500mm的泄壓槽，施工完后在泄壓槽上鋪設10mm×600mm（厚x寬）的木板；每隔50m在左幫打一個水窩子，把水引入其中，然后用電泵把積水抽走。

5 工程應用效果

成大弘晟油頁巖二礦2405運順采用“底腳錨桿+卸壓槽+補打頂幫錨桿（索）”聯合支護技術防治巷道底鼓，通過礦壓觀測數據顯示，巷道底板未出現裂縫，底鼓量大幅度降低，頂板未出現離層脫落等其他變化，巷道支護完整，斷面均能達到設計要求，巷道底鼓得到有效控制。

6 結語

影響軟巖巷道底鼓的最根本原因是圍巖特性，提出了“強頂，固幫和有效強化底板”的軟巖巷道底板圍巖穩定性控制原則。

油頁巖二礦2405運順聯合支護技術防治工程實踐表明：底腳錨桿+泄壓槽+補打頂幫錨桿（索）支護方式能夠有效控制巷道底鼓，具有較好的經濟效益和廣闊的應用前景。

作者簡介：梁貴生（1963—），男，遼寧阜新人，吉林成大弘晟能源有限公司采掘副總工程師，研究方向：礦山建設和開采。