東灘煤礦深部巷道底鼓治理研究

譚浩 李楠 石文朋

摘?要：底鼓是由于巷道圍巖壓力過(guò)大而引起的巷道底板變形和破壞的現(xiàn)象，致使巷道有效斷面積減小，嚴(yán)重影響礦井的通風(fēng)能力和運(yùn)輸能力。由于巷道底鼓現(xiàn)象而出現(xiàn)的巷道整體垮塌的情況時(shí)有產(chǎn)生，制約著礦井安全生產(chǎn)。隨著煤資源開(kāi)采范圍的增大，煤礦采深不斷變深，復(fù)雜地質(zhì)條件的賦存資源越來(lái)越多，礦山壓力逐漸增大，深部開(kāi)采采區(qū)都不同程度地受到巷道底鼓現(xiàn)象的制約。

關(guān)鍵詞：深部巷道;底鼓;力學(xué);礦山壓力

1引言

東灘井田3煤層一采區(qū)中上部1306工作面軌順推進(jìn)至1414.5m處發(fā)現(xiàn)陷落柱，柱體由泥巖、粉砂巖、中砂巖和粘土碎塊組成，塊體形狀不一，大小混雜，棱角明顯，排列紊亂，膠結(jié)性較差，柱體松散，干燥無(wú)水。煤與圍巖接觸面為不規(guī)則鋸齒狀，界線(xiàn)明顯，接觸面角度為上小下大，在50?～80?之間。接觸面附近煤層傾角急劇變化，角度加大，受到明顯的向下拉伸。工作面軌順推進(jìn)至1456m時(shí)，累計(jì)推進(jìn)41.5m，面內(nèi)巖石完全消失，煤層正常。經(jīng)采后調(diào)查分析，該陷落柱在3煤平面形態(tài)為橢圓形，長(zhǎng)軸近南北向，長(zhǎng)43m，短軸長(zhǎng)30m;開(kāi)采揭露表明，該陷落柱不導(dǎo)水。東灘煤礦位于兗州向斜核部，為地應(yīng)力集中地段。井田內(nèi)次級(jí)寬緩褶曲發(fā)育，背斜向斜相鄰相間分布，小斷層較發(fā)育，對(duì)綜合機(jī)械化采煤有一定影響。近年來(lái)東灘煤礦對(duì)地壓做了大量的觀測(cè)和研究工作。隨深度增加應(yīng)力的增加呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，但是應(yīng)力值大小受巖層、構(gòu)造、測(cè)量方法的影響等因素的影響作用也起到一定的作用，在局部地質(zhì)異常區(qū)應(yīng)力變化比較明顯。從本次應(yīng)力的實(shí)測(cè)值來(lái)看，東灘煤礦的應(yīng)力變化屬于正常，受構(gòu)造應(yīng)力作用的影響不是很強(qiáng)，隨深度增加各方向上的最大主應(yīng)力均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。水平應(yīng)力受構(gòu)造應(yīng)力顯示出較好的方向性。而水平最大主應(yīng)力方向也是基本上一致，大致方向在北西西向。通過(guò)實(shí)測(cè)得出：東灘煤礦受構(gòu)造應(yīng)力作用不強(qiáng)，但水平應(yīng)力具有很好的方向性，其方向大致在北西西向。

2力學(xué)模型

巷道圍巖鼓起，巷道底鼓圍巖應(yīng)看做為軟弱體，其抗拉、抗剪、抗彎性能極其低，依據(jù)郎肯土壓力理論總結(jié)其巷道底鼓機(jī)理。假設(shè)巷道兩幫的底板受力為均勻荷載p和q，所受載荷見(jiàn)圖2-2。

巷道右側(cè)底板受力分析圖，見(jiàn)圖2-3。巷道底板圍巖在均勻載荷q壓力下，本身塑性壓力區(qū)為CIJ范圍，被動(dòng)塑性壓力區(qū)為MCJ范圍。當(dāng)MCJ區(qū)域巖體超過(guò)塑性壓力極限時(shí)，出現(xiàn)作用于底板上方的載荷作用，比巖體本身強(qiáng)度大時(shí)，然后底板MC發(fā)生毀壞，底板膨脹起，造成底鼓。

巷道左側(cè)底板受力分析圖，見(jiàn)圖2-4。若順槽兩幫壓力不等，如果荷載q比p大，則右?guī)妥畲笃茐纳疃群推茐姆秶鷮⒈茸髱偷装宕螅诘貞?yīng)力作用下底板兩幫的移動(dòng)體將向巷道內(nèi)壓擠，不僅只發(fā)生底鼓，還將出現(xiàn)底壓。

3巷道底板支護(hù)

提高巷道支護(hù)強(qiáng)度、采用有效的支護(hù)方式以平衡巷道底板應(yīng)力，并選取合理的安全系數(shù)，可有效控制動(dòng)壓巷道的底鼓現(xiàn)象。但圍巖巖性較差、圍巖破碎時(shí)，由于巷道底板壓力較大，控制底鼓的措施應(yīng)在動(dòng)壓影響結(jié)束后予以實(shí)施。當(dāng)圍巖巖性較好、圍巖完整時(shí)，從受力分析可知，降低底鼓程度、降低底壓，可采取以下方法：①主動(dòng)方式，采用錨桿、錨索貫穿底板破壞主動(dòng)區(qū)，使破壞巖層固定在穩(wěn)定巖層上，這樣可以防止巷道底板荷載向下傳遞，避免主動(dòng)破壞區(qū)向巷道底板下方擴(kuò)大。這種方式等于使得巖石的內(nèi)摩擦角提升、主動(dòng)壓力減小，致使巷道底鼓位移量減小了、減小了底壓;②被動(dòng)方式，采用底板錨桿將底板松散圍巖與穩(wěn)定巖層連接成整體，防止被動(dòng)區(qū)向上移動(dòng)，使被動(dòng)區(qū)內(nèi)摩擦角變大、滑移塊體的有用滑移力降低、底壓降低;③固結(jié)松散巖體，采用注漿的方式加固圍巖，其本質(zhì)是增大圍巖強(qiáng)度。在實(shí)際的生產(chǎn)中，底鼓的防治方法應(yīng)有機(jī)的結(jié)合以上三種方法，主動(dòng)方式、被動(dòng)方式和固結(jié)作用相互協(xié)調(diào)，形成有機(jī)的整體。

參考文獻(xiàn)

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