底鼓

引起巷道底鼓的主要原因有:構(gòu)造應(yīng)力、水的影響、彈性變形

1.構(gòu)造應(yīng)力的基本特點是以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性和區(qū)域性 水平應(yīng)力是影響巷道底板鼓起、兩幫內(nèi)擠的主要因素。在軟巖和厚煤層中，底板巖層在水平應(yīng)力作用下與形成褶曲構(gòu)造相類似，向巷道空間鼓起。如果底板巖層呈粘--塑性變形，底板巖層進(jìn)入蠕變狀態(tài)。高水平應(yīng)力是造成底板巖層破壞和強(qiáng)烈底鼓的主要原因。

2.水對巖石強(qiáng)度的影響

⑴由于水的作用減少了巖石層理、節(jié)理和裂隙間的摩擦力，使巖石的整體連接強(qiáng)度降低，使巖體沿巖層的節(jié)理面、層理面和裂隙面形成滑移面，并將原來層間連接緊密的巖體分為很多薄層，甚至完全喪失強(qiáng)度。

⑵巖石中的某些礦物成分遇水產(chǎn)生膨脹。

巷道底鼓的防治措施可分為兩個方面。一方面將巷道已底鼓的部分清除即起底。它是現(xiàn)場應(yīng)用很廣泛的一種治理底鼓的方法，是一種消極的治理底鼓的措施在具有強(qiáng)烈底鼓趨勢的巷道中，往往需要多次起底，但并不能完全制止底鼓，不僅起底工程量大、費用高，而且還影響兩幫及頂板巖層的穩(wěn)定性和礦井的正常生產(chǎn)。另一方面是采取措施消除底鼓。目前防治底鼓的措施主要從降低巷道圍巖應(yīng)力，加固圍巖或保持圍巖的強(qiáng)度這兩個方面考慮。

1.合理的巷道布置

巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向之間夾角不同，巷道圍巖水平應(yīng)力集中程度有很大差異。因此，在構(gòu)造應(yīng)力影響較強(qiáng)烈的區(qū)域，要重視巷道布置方向，依靠正確調(diào)整巷道方向與構(gòu)造應(yīng)力方向間的關(guān)系，削減構(gòu)造應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。從巷道圍巖控制的角度出發(fā)，布置巷道時應(yīng)重視下列問題:①在時間和空間上盡量避開采掘活動的影響，最好將巷道布置在煤層開采后所形成的應(yīng)力降低區(qū)域內(nèi)。②如果不能避開采動支承壓力的影響，應(yīng)盡量避免支承壓力疊加的強(qiáng)烈作用，或者盡量縮短支承壓力影響時間。③在采礦系統(tǒng)允許的距離范圍內(nèi)，選擇穩(wěn)定的巖層或煤層布置巷道，盡量避免水與松軟膨脹巖層直接接觸。④巷道通過地質(zhì)構(gòu)造帶時，巷道軸向應(yīng)盡量垂直斷層構(gòu)造帶或向、背斜構(gòu)造。⑤相鄰巷道或硐室之間選擇合理的巖柱寬度。⑥巷道的軸線方向盡可能與構(gòu)造應(yīng)力方向平行，避免與構(gòu)造應(yīng)力方向垂直。

2.底板打錨桿

要求底板巖層具有較好的完整性，如果底板巖層破碎，錨桿將失去錨固作用，因此在使用底板錨桿前首先要對巷道進(jìn)行評價。同時，巷道底板巖石對水的敏感程度也很重要，這包括了頂板淋水和施工用水，當(dāng)?shù)装鍘r層遇水泥化，則要考慮用干式打眼或懸浮劑沖洗鉆孔的方法。

巷道底板錨桿的形式，應(yīng)根據(jù)巷道服務(wù)年限、用途和生產(chǎn)條件選定。底板錨桿的長度應(yīng)能穿過全部底鼓的巖層，錨桿的尾斷應(yīng)在底板以下0.6-0.8m，這樣做的好處是，必要是還可以臥底。為了充分發(fā)揮錨桿對底鼓的作用，同時考慮到現(xiàn)場打眼的方便，底板錨桿應(yīng)按圖布置，當(dāng)?shù)装鍨樯绊搸r時，錨桿密度不應(yīng)小于1根/m2。當(dāng)巖層破碎時，應(yīng)適當(dāng)加大錨桿的密度，排距一般為0.8-1.2m，當(dāng)?shù)装鍘r層間連結(jié)強(qiáng)度較低時，錨桿的排距應(yīng)在1m以下。

3.底板注漿

底板注漿一般用于加固已破碎的巖石，提高巖層抗底鼓的能力。當(dāng)?shù)装鍘r石承受的壓力超過巖體本身的強(qiáng)度，產(chǎn)生裂隙和裂縫時，應(yīng)采用注漿的辦法使底板巖層的強(qiáng)度提高，達(dá)到防治底板底鼓的目的。由于所選擇的注漿形式、注漿材料、注漿壓力和注漿時間長短不同，巖層中的裂隙可能全部或部分被粘合，當(dāng)注漿壓力高于圍巖強(qiáng)度時，就產(chǎn)生新的裂隙并有漿液滲入。注漿的作用可分為三種情況:

⑴ 注漿只起到部分效果，即注漿后重新結(jié)合的強(qiáng)度只比巖石產(chǎn)生離層、裂隙后的殘余強(qiáng)度稍高。產(chǎn)生這種情況的主要原因是注漿壓力太低，注漿液濃度太大，或注漿鉆孔的布置不合理。底板注漿后對減少底鼓有一定的效果，但不顯著。

⑵ 注漿后破碎的巖石全部被加固，在巖層中極為微小的裂隙也被粘和起來。注漿后巖層的結(jié)合強(qiáng)度與原始強(qiáng)度相等。在這種情況下，底板注漿起到了顯著的效果，巷道底鼓量明顯減少。

⑶注進(jìn)的漿液包圍破碎的巖塊并將其粘和成一體，巖層的整體強(qiáng)度得到提高，注漿后巖層的結(jié)合強(qiáng)度高于原始的強(qiáng)度，是底板注漿最理想的情況。

注漿后巖層達(dá)到的結(jié)合強(qiáng)度主要取決于選擇的注漿材料，采用聚氨酯材料，巖層間的結(jié)合強(qiáng)度較高，加固的效果較好，但底板潮濕時粘和強(qiáng)度較低，成本也較高。注水泥漿雖然成本低，但結(jié)合強(qiáng)度較低，所以在選擇材料時要根據(jù)實際情況合理選擇。

4.藥壺爆破

藥壺爆破是在炮眼底部先少量裝藥爆破成壺狀，再將裝藥爆破，不破裂巖體表面。

U·1·切爾尼亞克教授提出，用爆破法卸壓。這種方法的實質(zhì)是用爆破法在靠近巷道周邊的煤層底板中形成巖石松動帶，由于巷道石松動帶，最大支承壓力轉(zhuǎn)移到巖體及煤柱深部。

確定爆破參數(shù)時，應(yīng)考慮煤層底板巖石性質(zhì)及厚度，軟巖巷道底鼓巖層深度一般為巷寬的0.7倍左右。炮眼與水平的夾角、眼孔間距及深度、炸藥性能及裝藥量等。

用鉆孔孔底藥壺爆破的方法進(jìn)行限制性爆破，在圍巖體中形成一個連續(xù)的松散破碎帶，將支承壓力峰值轉(zhuǎn)移到圍巖深部，同時，已經(jīng)松散破碎的圍巖體具有緩沖墊層作用。確定松動爆破技術(shù)參數(shù)應(yīng)以不破壞底板與松散破碎帶之間的圍巖完整性為原則。

單純依靠松動爆破卸壓，一般效果并不理想，如將松動爆破卸壓與松動圈的圍巖加固結(jié)合起來，則可以取得很好的效果。加固的方法可采用水泥注漿、化學(xué)注漿等。松動爆破卸壓--加固的方法已在我國煤礦中獲得廣泛應(yīng)用。松動爆破與打封混凝土反拱聯(lián)合控制巷道底鼓也取得了很好的效果。

5. 封閉式巷道支架

采用全封閉式巷道支架被證明是一種防治底鼓的有效措施，與其他措施相比，具有簡單易行、適用范圍廣及效果顯著等優(yōu)點。封閉式支架的特點是具有底拱，支架抵抗巷道兩幫內(nèi)移的能力大大加強(qiáng)，減少了巷道底板所承受的水平力，控制了巷道底板巖層的離層和斷裂。支架底拱對底板的支撐力改變了巷道底板巖層的受力狀態(tài)，使底板巖層由兩向受力變?yōu)槿蚴芰?，從而大大提高了圍巖的強(qiáng)度，增加了巷道圍巖的穩(wěn)定性，有利于圍巖承載圈的形成。由于底拱的設(shè)置對于防止水侵入巷道底板，避免車輛震動，防止底板產(chǎn)生裂隙都有一定的效果。

底鼓所導(dǎo)致的巷道斷面縮小、阻礙運輸和行人、妨礙礦井通風(fēng)，使得許多礦井不得不投入大量的人力和物力去做"挖底"等臨時的處理工作，嚴(yán)重的會造成整條巷道的報廢，對礦山的生產(chǎn)與安全產(chǎn)生很大的制約。

長期以來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對煤礦巷道底鼓機(jī)理和控制技術(shù)作了大量的研究工作，提出了許多底鼓控制技術(shù)。研究表明，引起巷道底鼓的因素有很多，其中較為突出的幾個因素是底板巖層性質(zhì)、圍巖應(yīng)力、水理作用、巖體強(qiáng)度和地溫等。有效控制底鼓的方法大致分為兩類:一類是防止，即采取措施將底鼓量減少到允許的范圍內(nèi);二是清除底鼓，將巷道已發(fā)生底鼓的部分巖石清除，恢復(fù)巷道斷面積。