軟巖大斷面巷道底鼓治理方法探討

張天東，蘇學貴，楊宗一

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.太原煤氣化爐峪口煤礦，太原 030204）

軟巖大斷面巷道底鼓治理方法探討

張天東1,2，蘇學貴1，楊宗一1

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.太原煤氣化爐峪口煤礦，太原 030204）

巷道底鼓往往是底板巖層層理破壞、礦壓增大等綜合作用的結果，會直接影響安全生產。針對峪口煤礦9號煤首采區變電所所在位置的底鼓情況，通過分析巷道所處的特殊地質條件和圍壓增大造成底鼓的機理，提出了采用底板錨桿配合底梁施工的治理方法。經工程應用和監測分析，取得了良好效果，較好地解決了采區變電所巷道斷面較大、底板松軟條件下的底鼓問題，為同類地質條件下巷道底鼓治理提供可行的借鑒經驗。

底鼓；大斷面；礦壓；錨桿

巷道開挖后，圍巖中的原巖應力狀態會被打破，引起應力重新分布，圍巖也會發生相應變形[1]。通常松軟地帶，隨著埋深、巷道斷面、圍巖應力的增大圍巖變形越發明顯，巷道被破壞愈加嚴重[2]，而巷道的底板支護往往在施工時被忽視，當巷道底板巖體軟弱，礦山壓力增大時，巷道底板就會向巷道內部發生較大的塑性變形，即形成巷道底鼓。底鼓也是一種大斷面軟巖巷道礦壓顯現的重要特征之一[3]。文章對爐峪口煤礦9號煤層大斷面采區變電所的底鼓破壞進行了研究，在綜合分析的基礎上提出一種合理可行的的底鼓治理方案。

1 工程概況

爐峪口煤礦9號煤首采區變電所位于9號煤層膠帶、軌道下山煤柱之間，相對位置見圖1。距離該采區三條暗斜井見煤落坡點不足20m，附近有9101工作面采空區、首采區避難硐室等眾多巷道，且斷層較多、地質構造復雜，導致該采區及附近巷道礦壓顯現明顯，巷道支護困難。但在施工初期只是對底板進行了硬化處理。采區平面布置圖見圖2。

圖1 變電所相對位置圖

圖2 采區平面布置圖

但在后期發現該采區變電所發生了比較嚴重的底鼓變形，底鼓范圍為從采變聯絡巷入口處開始往前約25.0 m段，現場主要體現在巷道右側軌道隆起，高出左軌最大150 mm左右，巷道底板硬化層均已破裂、鼓出嚴重，無法進行正常軌道運輸，并有繼續擴大的趨勢。由于巷道用途重要，服務年限長，因此要求高、治理難度大，治理后需保證巷道在可預見的使用年限內不再進行翻修或少翻修。

2 巷道底鼓機理分析

通常認為，在巷道開掘后，周圍巖層由三向應力變為二向應力狀態，巖體產生應變，在應變能釋放過程中，軟弱底板的淺部巖層發生離層或破壞時就會導致底鼓[4]；引起底鼓有3個最主要的因素：一是松軟的底板巖層；二是較高的巷道圍巖壓力；三是巖層中水導致巖石膨脹[5]。

在本工程中，采區變電所及三條下山所處層位為太原組9號煤層，該組地層礦井水主要來自太原組灰巖含水層，但本組灰巖含水層補給條件差，富水性弱，所以太原組灰巖含水層水對工作面的正常掘進影響不大，而從實際情況來看，底板含水對巖石的膨脹影響并不大。而從該地段綜合特點（如表1所示）上來看，巷道直接頂與直接底均為與煤層硬度接近的泥巖及砂質泥巖，傳遞壓力能力較弱，但巖層層理性較好，這種軟弱層狀巖層容易因壓力作用而產生撓曲折皺和受巖層中水平應力作用而導致的剪切錯動。

因此從地質條件上分析，該巷道底鼓的主要原因由于底板巖石的軟弱和圍巖應力集中以及水平應力增大共同作用的結果。

表1 地質綜合特點

3 巷道底鼓治理措施

在該巷道掘進施工時，因巷道斷面較大、圍巖壓力大，巷道頂幫采用較大密度的錨桿、錨索、噴漿支護，但對于底板僅作硬化處理，從現場來看，巷道頂幫支護并無失穩破壞，正說明圍巖壓力已集中在巷道支護最為薄弱的底板巖層上，使巖層發生撓曲錯動[6-7]。

采變巷道內存放有重要設備，采用泄壓或松動爆破不符合現實；巷道頂底板巖石均較軟弱，采用注漿加強底板圍巖可能導致圍巖應力分布不平衡，將壓力轉嫁給巷道頂、幫，導致支護失效。

與泄壓、注漿方法相比，最為穩妥、快捷的方法是在巷道底板上施工錨桿，使其與頂、幫錨桿共同在巷道四周形成“連續壓縮拱”，同時還可利用錨桿抗剪作用，阻止底板巖層的錯動移位，并在一定程度上使錨固力與圍巖壓力相互平衡，保持巷道圍巖穩定性[8]。

在以上分析的基礎上，針對實際情況，最終采用了安裝底梁和地錨的施工方法對該巷底板巖石進行補強，維護底板層狀結構，保證圍巖穩定，使巷道底鼓得到治理。

該施工方法主要包括底梁安裝和底板錨桿施工兩個主要內容，具體施工工藝為：

1）在底板削底并清理干凈后，先鋪設底梁，底梁為1.8 m的11號礦用工字鋼制作，側面打3個φ22 mm的通孔，安裝排距為800mm，底梁垂直于巷道走向布置，錯開枕木，放置于軌道下方；

2）使用φ18 mm×1 600 mm圓鋼錨桿在底梁孔內進行固定，每根底梁安裝3根錨桿，錨桿要求垂直于底板安裝，外露長度不超過30 mm，每根錨桿配MSCK2355樹脂藥卷1卷、MSZ2355樹脂藥卷1卷，從柱狀圖上，該型錨桿可以穿透軟弱的底板泥巖，到達較為穩定的砂巖中。

3）在底梁、地錨安裝完畢后還要將底鼓處的軌道進行重新鋪設，枕木放平，軌道扶正，恢復設計狀態，最后使用C20混凝土對巷道底板進行重新硬化，將底梁和枕木全部埋入底板硬化層內，硬化厚度200mm。

底鼓治理前后斷面圖見圖3、圖4。

圖3 9號煤首采區變電所底鼓治理前斷面圖

4 穩定性分析

在對巷道底鼓采取治理措施后，對原底鼓處的底鼓量進行30 d的連續監測，并與之前底鼓監測數據進行對比，得到以下對比曲線，見圖5。

圖4 9號煤首采區變電所底鼓治理后斷面圖

圖5 底鼓治理前后底鼓量檢測對比

從圖中能夠看出在治理后，巷道底鼓量得到明顯改善，底鼓量由150 mm下降到20 mm，這說明巷道底鼓現象明顯減弱，底板的穩定性大幅提升，該方法完全滿足安全生產要求。

5 結束語

通過對大斷面巷道底鼓機理的分析與治理措施的實際應用表明：

1）引起巷道底鼓的主要原因為底板巖層松軟、巷道圍巖壓力增大以及底板巖層中遇水導致巖石膨脹。

2）該礦采區變電所底鼓的主要是由于底板巖層軟弱、圍巖應力集中以及水平應力增大共同作用的結果。

3）采用底板錨桿配合底梁方法進行治理后，底鼓量控制在了20mm之內，表明軟巖大斷面巷道底鼓得到有效控制。

[1]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國礦業大學出版社，2003．

[2]李開學，王宏圖，劉正海.巷道底鼓理論與防治技術[J].礦業安全與環保，2008，35(3)：86-88．

[3]康紅普.軟巖巷道底鼓的機理及防治[M].北京:煤炭工業出版社，1993．[4]劉成,宋選民,劉葉,等.大斷面回采巷道層狀底板底臌機理及其防治對策[J].煤炭學報,2014（6）:1049-1055.

[5]顏炳成.巷道底鼓與防治[J].科技信息，2008（30）：312-312．

[6]劉泉聲,劉學偉,黃興,等.深井軟巖破碎巷道底臌原因及處置技術研究[J].煤炭學報,2013（4）:566-571.

[7]鄭西貴,劉娜,張農,等.深井巷道撓曲褶皺性底臌機理與控制技術[J].煤炭學報,2014（3）:417-423.

[8]周冬磊，王連國，王占盛，等.大斷面軟巖巷道底鼓機理及控制對策研究[J].礦業研究與開發，2012，32(1)：59-63．

（編輯：武曉平）

Control M ethod of Floor Heave in Large Section Roadway w ith Soft Rock

ZHANG Tiandong1,2,SU Xuegui1,YANG Zongyi1
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Luyukou Mine,Taiyuan Coal Gasification(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan 030204,China)

Floor heave,usually caused by thebedding damage and increased pressure of floor rock, directly affects the safety production in mines.On the analysis of the geologic condition and the mechanism of the floor heave caused by the increasing confining pressure,the paper proposes a floor heave controlmethod in bottom beam construction with flooranchored bolt in the position of the substation of No.9 firstmining area in Luyukou Coal Mine.On the analysis on engineering application and monitoring,the results show that thismethod can solve the floor heave in the condition of large and soft floor in the substation roadway,providing feasible reference for the floor heave control under similar geologicalconditions.

floorheave;large section;ground pressure;bolt

TD322

A

1672-5050（2016）06-010-04 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.003

2016-09-27

張天東（1967-），男，山西平遙人，在讀工程碩士，教授級高級工程師，從事煤炭開采技術與管理工作。