采空側巷道底鼓形成機制與防治技術研究

（山西陽泉市南煤集團南莊分公司 山西 045000）

引言

我國煤礦的發展使得采空巷道的底部經常會存在底鼓的現象，巷道的底板巖體內部也會表現出較強的非線性力學特征，最終會影響到巷道的正常使用。因此，巷道底鼓防止技術已經成為了目前煤礦掘進中經常會遇到的問題。多數采空側巷道會在很大程度上受到周圍工作面的影響，內部的應力更會隨之發生變化。一旦遇到施工單位不全力地注意，自然會使得防治措施不能夠發揮更大的作用。

1.采空側巷道底鼓概述

從實踐中可以發現，多數巷道底鼓是因為底板被破壞而產生的，更多的底鼓不但和周邊巷道內部的物理性質有直接的關系，更和圍巖應力有著很大的關系。

從觀測的過程看，相比于相同條件下的實體煤礦巷道，采空側巷道底鼓會變得很大，以此巷道底部會變得非常不對稱。造成這一切的根源就是巷道應力自身的特征。

另外，因為內部煤柱寬度有所不同，巷道底鼓也會因此而不同。如果底部寬度確實變小，底鼓則會變得更加激烈。如果寬度變大，底鼓則會變小?；仫L巷道內部的底鼓和尾巷道掘進的位置將會有著直接的關系[1]。隨著不斷地向煤礦巷道內部掘進，煤柱內部的寬度也會不斷地減少，巷道內部的煤柱會直接被破壞，所以原來已經作用于煤柱上的壓力也會存在于回風巷內部。

在實際傳遞頂幫壓力時，正因為底板強度非常弱，如果受到了嚴重的擠壓則會誘發明顯的變形。這進一步說明了底鼓其實還是會受到多方壓力的影響。煤柱寬度和壓力的內容也會影響底鼓的形成。

2.巷道底鼓機制探究

從諸多實踐中可以看出，采空區底鼓變形的原理為：隨著后續補尾巷道掘進的不斷發展，原本作用于尾部巷道的煤體壓力也會更好地被轉移，甚至會轉移到新的回風巷道和煤柱上，這就會讓回風巷道內部存在二次分布或者應力過于集中的現象。正因為巷道頂板和兩幫支護內部的密度不斷地變大，圍巖變形的量較小，更多圍巖內部的壓力將不能夠被更好地釋放出來[2]。原先作用于頂板和煤柱上的壓力在被擠壓之后就會出現新的斷裂現象，底板也會在第一時間隆起。如果煤板隆起的現狀過于嚴重，煤幫就會直接下沉，如果巷道底腳支護的部位過于薄弱，此部位就會直接向外移動。

(1)底板巖性

圍巖的礦物成分、結構和其他因素都會對巷道底鼓產生不同的影響。如果底板位于砂巖正中就會顯得非常穩定，甚至不會出現底鼓。但是，如果底板存在于較軟的泥巖或者是斷層內部，由于內部的強度本身就很低，吸水率也會變高，地應力的基礎上就會產生新的底鼓。

(2)水理作用

從多數礦井地質資料和發展的實際情況來看，多數礦區內部的構造非常復雜，含水層和隔水層會呈現相間的狀態，更多的地下水會因此承受壓力，形成常見的裂隙壓水。在巷道掘進過程中，如果遇到了含水量非常豐富的地段，圍巖就會在第一時間破碎成泥，進而出現流變的現象。另外，如果較大的巖石出現了軟化的現象，巖塊自身的強度也會變差，最終會在短時間內被破壞，當無法滿足支護要求時，自然就會誘發更為嚴重的局部底鼓現象。這其實也會讓整個采空巷道非常不穩定[3]。

(3)支護強度

如果只是重視巷道頂板和邊幫支護，卻沒有對底板有效地進行支護，這樣底鼓會經常處于不支護的狀態。如果在礦工鋼棚下設置底梁，卻沒有對底板進行支護，則整個礦工鋼棚就要受到前所未有的壓力。為了更好地保護它，必要時需要將各種力道向支護的底板傳遞。如果頂板下沉就會破壞整個底板原有的平衡，底板也就會向空間內部的巷道隆起，形成更多的巷道底鼓。

3.案例分析

(1)煤礦介紹

某工作面內部的采煤層為石炭系上統的煤層，埋深直接介于406-480m之間，煤層的厚度則浮動于5.3-7.8m之間，平均的厚度為7.03m，煤層平均的傾斜角度為2.5°。如果開采時只是配合單一長臂的綜合機械來進行工作，配合合適的自然垮落法來管理整個采空區內部的頂板。該工作面和另外一個8101采空區緊密相連，兩者之間煤柱的厚度大約介于17m。但是，因為受到了采空區內部壓力的影響，底鼓的數量會變得越來越多，慢慢就會讓煤礦巷道都不能夠更好地實現運輸。

(2)防治底鼓的措施

①施工煤體大直徑卸壓鉆孔

可以采用專業大直徑御壓鉆孔的方式來防止出現底鼓。應該讓這樣一系列操作方式都集中在區域內部，并使得其直徑小于106mm。也只有真正排出因為變形或者鉆孔而產生的煤粉，巖體應力才會轉移到最深處或者高應力巷道的內部，自然也就能夠解除煤巖體的危機。真正使用此方式時，應該讓煤體還沒有聚集更多的高應力時就進行卸壓鉆孔，于是，整個煤巖體自然就不會存在應力較高的區域。

實踐中，整個工作面都未能夠受到相鄰區域垮落巖層的影響，巷道周圍仍然會保證一個較高的應力水平。另外，真正超前的壓力和側向的壓力會和原本的應力相互合并在一起，周圍巷道的應力也會隨之變高，從而誘發更大的沖擊[4]。因此，需要先卸載整個掘進巷道的壓力，再直接卸掉周圍煤體的壓力。

注意先在該巷道兩幫來打專用的卸壓孔，并讓卸壓孔的范圍在工作面前方的150m距離，并將鉆孔的直徑定位為108mm，鉆孔之間的距離定位為1m，距離巷道底板1-1.6m，注意鉆孔時不要直接鉆入頂板和底板的巖層。圖1就是煤體內部的示意圖。

圖1 煤體大直徑鉆孔布置示意圖

②主動加強支護

圖2 煤礦巷道原斷面

多數錨索內部的錨固自身的深度都很大，因此也有了較高的承載能力，必要時更可以合并較強的預緊力。因此，可以通過主動加強支護來實現頂板打錨索，從而提升巷道支護的效果，注意將錨索的長度控制在10m。圖2顯示了巷道中原有的支護情況。

③被動支護

除了采用上文所說主動加強支護的方式，更可以融入被動支護的方式，也就是我們常說的單體支護。該煤礦巷道超前支護的距離被確定為50m，并配合三梁三柱的支護方式[5]。該巷道內部因為承受了沖擊來壓而使得單體柱被損壞了17根。因此，可以通過對單體柱子不斷地加強支護來將其定位為五梁五柱，整個過程如圖3所示：

圖3 煤礦巷道原超前支護

4.實際效果

在使用了新的防治底鼓措施之后，不僅巷道內部的變形量不斷加大，等到過了16d，期頂板的下沉量和底板的變形量都能夠有效地穩定下來。在對巷道采用了常規的加固措施之后，巷道內部變形的量逐步降低，平均底鼓的量將會被確定為260mm。

5.結束語

在實際運用大直徑卸壓和巷道支護技術時，確實需要綜合考慮多種監測方法和發揮的實際作用，并注意運用巷道表面的位移方法來防止巷道底部出現底鼓的現象，這樣才能夠發揮更好的作用。實際表明，多樣化的巷道加密技術確實可以在控制巷道底鼓的基礎上讓生產的過程變得更加安全。常規底鼓防止方案智慧對鄰近的巷道產生直接的影響。因此，需要先結合地質構造的影響再選擇合適的巷道加強支護方案。而本文提出了預防底鼓的方案也可以在減少巷道變形的基礎上更多地減少維護量，這樣不僅能夠讓煤礦巷道生產變得更加安全，更能夠有效地提升礦井的經濟效益。