2、深部開采中巷道底鼓問題的研究

1、<p>　　深部開采中巷道底鼓問題的研究*</p><p>　　姜耀東趙毅鑫劉文崗李琦</p><p>　　(中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū)) 北京 100083)</p><p>　　摘要 巷道圍巖控制是深部資源開采中的關(guān)鍵問題，而要攻克深井軟巖巷道支護(hù)的難關(guān)，就必須首先研究底鼓的 機(jī)理及其防治措施。在大量現(xiàn)場研究、實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計算的基礎(chǔ)

2、上，探討了巷道底鼓的基本特征，分析 了 4 種類型底鼓的機(jī)理及影響因素，綜述了我國近年來防治底鼓的有關(guān)研究成果，最后介紹了 2 個防治巷道底鼓 的實(shí)例。</p><p>　　關(guān)鍵詞 采礦工程，深部開采，巷道底鼓，防治方法</p><p>　　分類號 TD 327.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-6915(

3、2004)14-2396-06</p><p>　　RESEARCH ON FLOOR HEAVE OF ROADWAY IN DEEP MINING</p><p>　　Jiang Yaodong，Zhao Yixin，Liu Wengang，Li Qi</p><p>　　(China University of Mining and Technology， B

4、eijing 100083 China)</p><p>　　AbstractThe deformation control of surrounding rocks is one of the key problems in deep mining. Only when the mechanism and control mechods of floor heave are correctly u

5、nderstood，the difficult problems in the support of roadways in soft rocks of deep mines can be solved. Based on the field investigation，model tests and numerical simulation，the features and mechanism of four kinds of flo

6、or heave of roadway in deep coal mining are discussed， the major factors affecting the floor heave are analyz</p><p>　　Key wordsmining engineering，deep mining，floor heave of roadway，control method</p>

7、<p><b>　　1引言</b></p><p>　　巷道由于掘進(jìn)或受回采影響引起其圍巖應(yīng)力狀 態(tài)發(fā)生變化以及在維護(hù)過程中圍巖性質(zhì)的變化，使 頂?shù)装搴蛢蓭蛶r體變形并向巷道內(nèi)移動，底板向上 隆起，這種現(xiàn)象稱之為底鼓。一般而言，少量的底 鼓對巷道的穩(wěn)定性并不構(gòu)成危害，通常當(dāng)巷道底鼓 量小于 200 mm 時，不需要采取專門的防治措施， 因?yàn)樵谶@種量級范圍內(nèi)的底鼓對井下運(yùn)輸和

8、通風(fēng)的 影響不大。但當(dāng)?shù)坠牧枯^大時就會妨礙生產(chǎn)，而且</p><p>　　由于底板是巷道的基礎(chǔ)，劇烈的底鼓會導(dǎo)致整個巷道</p><p><b>　　失穩(wěn)。</b></p><p>　　目前，我國煤礦開采深度正以每年 8～12 m 的 速度增加，東部礦井開采深度正以每年 10～25 m 的 速度發(fā)展，可以預(yù)計在未來 20 a 內(nèi)我國很多煤礦將

9、進(jìn)入到 1 000～1 500 m 的深度。隨著開采深度的增 加，巷道圍巖變形量大(一般在 500 mm 以上，有些 巷道的位移高達(dá) 3 000 mm 以上，如淮南、鐵法小康 等礦區(qū)，金川鎳鉑礦區(qū))，巷道維護(hù)普遍比較困難。 現(xiàn)場調(diào)查表明，在底板不支護(hù)的深部開采中， 巷道頂?shù)装逡平康?2/3～3/4 是底鼓引起的，底鼓</p><p>　　2003 年 6 月 20 日收到初稿，2003 年 8 月 25 日收到

10、修改稿。</p><p>　　* 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2002CB412705)、國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(50490272)、教育部重大科技項(xiàng)目基金(10405(27))和高等學(xué)校博 士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20030290001)資助課題。</p><p>　　作者 姜耀東 簡介：男，45 歲，博士，1982 年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)班，現(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))

11、教授、博士生導(dǎo)師、科研處處長，主要從 事巖石力學(xué)與采礦工程方面的教學(xué)與科研工作。E-mail：jiangyd@cumtb.edu.cn。</p><p>　　第 23 卷 第 14 期 姜耀東等. 深部開采中巷道底鼓問題的研究 ? 2397 ?</p><p>　　造成的巷道維修量占維修總量的 50%。例如，龍鳳</p><p>　　礦－ 625 m 水平

12、的巷道，底鼓速率平均為 3 ～5 mm/d，每年臥底 4～6 次，每次 300～500 mm。再</p><p>　　如權(quán)臺礦 3108 工作面的回風(fēng)巷，當(dāng)距工作面 120 m</p><p>　　時，巷道開始底鼓，回采結(jié)束時底鼓量達(dá)到 1 200 mm，為了保證該工作面的正常生產(chǎn)，不得不使用</p><p>　　30 多人的專業(yè)隊(duì)伍晝夜臥底。國內(nèi)外的研究表明，&

13、lt;/p><p>　　巷道圍巖控制是深部煤炭開采中的關(guān)鍵問題，而要 攻克深井軟巖巷道支護(hù)的難關(guān)，就必須首先研究底</p><p>　　鼓的機(jī)理及其防治措施。</p><p>　　本文探討了巷道底鼓的基本特征，分析了其機(jī) 理及影響因素，綜述了我國近年來防治底鼓的有關(guān) 研究成果[1～7]。</p><p>　　2巷道底鼓的基本特征研究</p

14、><p>　　2.1 巷道底鼓的現(xiàn)場調(diào)查和礦壓觀測</p><p>　　根據(jù)在淮南、鐵法、兗州、平頂山、龍口等礦 區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查和礦壓觀測，煤礦巷道底鼓有如下特 征：</p><p>　　(1) 在深井軟巖中，底鼓量占整個巷道變形量 主要部分，圖 1 為部分礦區(qū)的巷道底鼓實(shí)況。如淮 南謝橋東風(fēng)井錨噴網(wǎng)支護(hù)巷道在前 3 個月中，兩幫 內(nèi)移和頂板下沉與底鼓量比例分別是：兩幫

15、內(nèi)移/ 底鼓 = 1/2.05，1/2.97 ，1/2.67；頂板下沉/底鼓 =</p><p>　　1/1.76，1/2.48，1/2.02。</p><p>　　(a) U 型鋼不封底時巷道底鼓 (b) U 型鋼封底時巷道底鼓</p><p>　　(c) 全斷面錨噴網(wǎng)巷道底鼓 (d) 翻修巷道的破壞形態(tài)</p><p>　　圖

16、 1 井下巷道底鼓實(shí)況</p><p>　　Fig. 1 Floor heave of roadway</p><p>　　(2) 不受采動影響的巷道底鼓可以分為 3 個階 段，第 1 階段為掘巷初期底鼓速率急劇增加階段， 通常在第 10 d 左右時達(dá)到最大值，如淮南謝橋東風(fēng)</p><p>　　B 巷道的底鼓速率達(dá)到 30 mm/d；第 2 階段為底

17、鼓</p><p>　　速率鋸齒狀下降階段，通常要經(jīng)歷 1 個月左右；第</p><p>　　3 階段為常速底鼓階段，如果控制不當(dāng)，底鼓仍以 較高的速度在流變。圖 2 為淮南謝橋東風(fēng)井錨噴網(wǎng) 支護(hù)巷道底鼓實(shí)測曲線。巷道翻修時將重復(fù)這 3 個 階段，但只要措施得當(dāng)，其變形量將大大降低。</p><p>　　圖 2 淮南謝橋東風(fēng)井錨噴網(wǎng)支護(hù)巷道底鼓實(shí)測曲線<

18、/p><p>　　Fig.2 Floor heave curves of roadway supported by shotcrete and bolting wire mesh in Dongfeng Shaft，Xieqiao Mine</p><p>　　(3) 采動影響的巷道底鼓主要由工作面位置(采 動應(yīng)力)所決定。圖 3 為鐵法小康礦 S1W3 回風(fēng)巷道 的底鼓曲線和底板深部位

19、移曲線。該巷道采用 29U 型鋼拱形可縮性支架支護(hù)，棚距 0.5 m，巷道掘進(jìn)</p><p>　　100 d 后底鼓量達(dá) 643 mm，占頂?shù)滓平康?67.12%。 觀測點(diǎn)離采面距離為 90 m 處已經(jīng)處于采動影響的</p><p>　　范圍之內(nèi)，底鼓速率明顯逐漸增大，巷道嚴(yán)重破壞，</p><p>　　在工作面前方 30～50 m 處，巷道斷面已不能滿足安

20、全生產(chǎn)的要求，不得不進(jìn)行第 3 次翻修。</p><p>　　(4) 處于斷裂帶、風(fēng)化帶附近或位于軟巖層的 巷道，其底鼓通常十分強(qiáng)烈；受采動影響的巷道比</p><p>　　不受采動影響的巷道底鼓破壞劇烈；膨脹巖底板遇 水時，巷道底鼓更為嚴(yán)重。</p><p>　　2.2 巷道底鼓的實(shí)驗(yàn)室模擬</p><p>　　在巷道底鼓研究方面，能在實(shí)

21、驗(yàn)室內(nèi)再現(xiàn)這種 復(fù)雜礦壓現(xiàn)象的研究工作不多，國外只有 Jacobi，</p><p>　　Odengott 等在德國埃森采礦研究中心的研究工作和 井下的實(shí)際現(xiàn)象接近[8～11]，國內(nèi)雖然有這方面的研</p><p>　　究報道，但從未見到能令人比較滿意的結(jié)果。能否</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)再現(xiàn)井下巷道底鼓現(xiàn)象的關(guān)鍵是巷道模 型試驗(yàn)臺和模擬材料的相似性，同時取決

22、于研究者 對問題的理解程度。</p><p>　　為了研究巷道底鼓的機(jī)理，筆者在自行設(shè)計的 真三軸巷道平面模型試驗(yàn)臺上進(jìn)行了大量的相似材 料模擬研究，模型尺寸為 1 m×1 m×0.2 m，立式布 置。通過 3 套互相獨(dú)立的液壓枕對模型的 6 面加載，</p><p><b>　　第 2 次翻修</b></p><p>&l

23、t;b>　　第 3 次翻修</b></p><p>　　(a) sV = 2sH 時底鼓形態(tài)和底板破壞范圍</p><p>　　(a) 鐵法小康礦 S1W3 回風(fēng)巷道的底鼓曲線</p><p>　　(b) 鐵法小康礦 S1W3 回風(fēng)巷道的底板深部位移曲線</p><p>　　圖 3 鐵法小康回風(fēng)巷道的底鼓曲線和底

24、板深部位移曲線</p><p>　　Fig.3 Curves of floor heave and floor displacement in return way of Tiefaxiaokang Mine</p><p>　　3 個方向加載比例可以任意調(diào)節(jié)，最大載荷為 10</p><p>　　MPa。 煤礦巷道一般位于沉積巖中，層狀賦存是沉積</p

25、><p>　　巖的基本特征之一，但同時又被裂隙和節(jié)理所分割。 為了研究底板巖體特性和巷道底鼓的關(guān)系，設(shè)計了</p><p>　　12 個對比模型試驗(yàn)，所有模型的頂、幫、底均為同 一種相似材料配比號，即具有相同的試塊強(qiáng)度，但 頂、幫為完整結(jié)構(gòu)，底板為下面 3 種不同的巖體結(jié) 構(gòu)：(1) 底板巖層為軟弱破碎結(jié)構(gòu)；(2) 底板巖層為</p><p>　　薄層狀結(jié)構(gòu)，即底板基本

26、上不被裂隙節(jié)理切割貫通；</p><p>　　(3) 底板巖層為厚層狀結(jié)構(gòu)，該組巖層基本上不被 裂隙節(jié)理切割貫通。相似材料選用石臘和砂的混合 物，巖層的分層通過鋪灑云母片來實(shí)現(xiàn)。巷道底鼓 模型試驗(yàn)表明，垂直應(yīng)力sV 和水平應(yīng)力sH 都可能引 起底鼓。在地質(zhì)條件完全相同的情況下，當(dāng)?shù)坠闹?要由垂直應(yīng)力引起時(sV = 2sH)，底板巖層破壞范圍 呈梯形狀；當(dāng)?shù)坠闹饕伤綉?yīng)力引起時(sH =</p>

27、;<p>　　2sV)，底板巖層的破壞范圍呈倒梯形或倒三角形； 當(dāng)?shù)坠闹饕伸o水壓力引起時(sV = sH)，底板巖層 破壞范圍呈半圓形狀(圖 4)。</p><p>　　同時，還對淮南謝橋東風(fēng)井錨噴網(wǎng)支護(hù)巷道的 底鼓破壞和鐵法小康礦型鋼拱形可縮性支架支護(hù)巷 道的底鼓破壞進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)M分析，均取得了滿意</p><p>　　(b) sV = sH 時底鼓形態(tài)和底板破壞范圍&

28、lt;/p><p>　　(c) sH = 2sV 時底鼓形態(tài)和底板破壞范圍</p><p>　　圖 4 巷道模型試驗(yàn)底鼓照片</p><p>　　Fig.4 Failure modes of floor heave in model test of roadway</p><p><b>　　的結(jié)果。</b>&

29、lt;/p><p>　　2.3 巷道底鼓的數(shù)值模擬</p><p>　　在現(xiàn)場觀測和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用 巖土力學(xué)數(shù)值分析軟件，對深井軟巖巷道的底鼓問 題及其影響因素進(jìn)行了深入研究，所采用的軟件包 括有限元 ADINA、有限差分 FLAC2D 和離散元 UDEC2D。圖 5 的離散元 UDEC2D 數(shù)值計算表明， 底板巖體的破碎程度對底鼓量的大小起著決定性的 作用，這與現(xiàn)場觀測和物

30、理模擬完全一致，同時， 底鼓速率的變化趨勢也和現(xiàn)場觀測一致。</p><p><b>　　3巷道底鼓的機(jī)理</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場觀測、物理模擬和數(shù)值模擬的研究結(jié) 果，深井軟巖巷道底鼓的機(jī)理可歸結(jié)為下述 4 種基 本類型。</p><p>　　3.1 擠壓流動性底鼓</p><p>　　這種類型的底鼓常

31、發(fā)生于直接底板為軟弱破 碎巖層(如粘土巖、煤等)，而兩幫和頂板的強(qiáng)度遠(yuǎn) 大于底板巖體強(qiáng)度的情況下。在兩幫巖柱的壓模效 應(yīng)和遠(yuǎn)場應(yīng)力的作用下，底板軟弱破碎巖體擠壓流 動到巷道內(nèi)。當(dāng)整個巷道都位于松軟碎裂的巖體內(nèi)</p><p>　　(a) 擠壓流動性底鼓 (b) 擠壓流動性底鼓</p><p><b>　　x/m x/m</b></p><p

32、>　　(a) 節(jié)理塊平均邊長= 0.25 m (b) 節(jié)理塊平均邊長= 0.5 m</p><p><b>　　x/m</b></p><p>　　(c) 節(jié)理塊平均邊長= 0.75 m (d) 底鼓速度曲線</p><p>　　圖 5 巷道底鼓的離散元 UDEC2D 數(shù)值計算</p><p>

33、　　Fig.5 Numerical simulation of floor heave of roadway by</p><p><b>　　UDEC2D</b></p><p>　　時，由于圍巖應(yīng)力重新分布和遠(yuǎn)場應(yīng)力的作用，而使 底板破碎巖體流動變形。其力學(xué)模型如圖 6(a)，(b)。</p><p>　　3.2 撓曲褶皺性底鼓&l

34、t;/p><p>　　當(dāng)巷道底板巖層為層狀巖體時，即使是中硬巖 體也可能發(fā)生底鼓。這種底鼓的機(jī)理是底板巖層在 平行于層理方向的壓力作用下向臨空方向撓曲褶皺 而失穩(wěn)，其力學(xué)模型如圖 6(c)。研究表明，底板巖</p><p>　　層的分層越薄，巷道的寬度越大，其底鼓量也越大。</p><p>　　3.3 剪切錯動性底鼓</p><p>　　巷道直

35、接底板巖層為厚層巖體時(底板巖層相 對厚度 a＞B/3，B 為巷道寬度)，在高應(yīng)力作用下， 底板將發(fā)生剪切破壞，從而使底板巖層形成剪切破</p><p>　　壞楔塊，剪切破壞楔塊的錯動使底板鼓出，其力學(xué) 模型如圖 6(d)。</p><p>　　3.4 遇水膨脹性底鼓</p><p>　　一般情況下。巖石浸水后盡管強(qiáng)度弱化，但體 積變化較小，而有些粘土巖層中，由于

36、含有蒙脫石、</p><p>　　伊利石等，浸水后體積會發(fā)生劇烈增大。井下實(shí)際</p><p>　　生產(chǎn)中，巷道底板經(jīng)常積水，當(dāng)?shù)装鍨榕蛎泿r時， 就會遇水膨脹而引起膨脹性底鼓。</p><p>　　4影響底鼓的主要因素</p><p>　　研究表明，引起巷道底鼓的因素很多，其中，</p><p>　　(c) 撓曲褶

37、皺性底鼓 (d) 剪切錯動性底鼓</p><p>　　圖 6 巷道底鼓的類型和力學(xué)模型</p><p>　　Fig.6 Types and mechanical models of floor heave</p><p>　　影響最大的有底板巖層性質(zhì)、圍巖應(yīng)力、水理作用 和支護(hù)強(qiáng)度等。</p><p><b>　　4

38、.1 底板巖性</b></p><p>　　巷道中，底板巖層的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)(破碎結(jié) 構(gòu)、薄層結(jié)構(gòu)、厚層結(jié)構(gòu))對巷道底鼓起著決定性的 作用。主要表現(xiàn)為：底板巖層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)決定著巷 道底鼓的類型；底板巖層的強(qiáng)度、分層厚度和破碎 程度決定著底鼓量的大小，如圖 5 的離散元 UDEC2D 數(shù)值模擬所示。</p><p><b>　　4.2 圍巖應(yīng)力</b>

39、</p><p>　　當(dāng)圍巖應(yīng)力達(dá)到一定條件時，巷道底板破壞。 圍巖應(yīng)力越大，底鼓也越嚴(yán)重。因此，深部開采、</p><p>　　殘留煤柱下或受采動影響的巷道也往往出現(xiàn)比較嚴(yán) 重的底鼓。模型研究表明，圍巖的應(yīng)力場狀態(tài)(水平 應(yīng)力大于垂直應(yīng)力、垂直應(yīng)力大于水平應(yīng)力和靜水</p><p>　　壓力狀態(tài))，都會引起底鼓，但底板的破壞范圍卻不 相同，如圖 4 所示。<

40、/p><p><b>　　4.3 水理作用</b></p><p>　　浸水后的巷道底板往往產(chǎn)生嚴(yán)重的底鼓，一般 表現(xiàn)為 3 個方面：(1) 底板巖層浸水后，其強(qiáng)度降</p><p>　　低，從而更容易破壞。(2) 泥質(zhì)膠結(jié)的巖層，浸水 后易破碎、泥化、崩解，甚至強(qiáng)度完全喪失。(3) 當(dāng)</p><p>　　底板巖層中含

41、有蒙脫石、伊利石等膨脹性巖層時， 浸水后會產(chǎn)生膨脹性底鼓。因此，巷道積水問題的</p><p>　　治理是控制巷道底鼓的重要環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　4.4 支護(hù)強(qiáng)度</b></p><p>　　巷道底板通常處于敞開不支護(hù)狀態(tài)是巷道底鼓 量大于頂板下沉量的主要因素。尤其是遇水崩解或 膨脹的粘土巖和泥質(zhì)巖層，底板及時支護(hù)和封閉是 控制

42、底鼓的根本措施。圖 7 為權(quán)臺煤礦回風(fēng)巷中的 現(xiàn)場測試結(jié)果，可見，底板支護(hù)阻力對底鼓量的控</p><p>　　? 2400 ? 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2004 年</p><p>　　圖 7 底鼓量-支護(hù)阻力線性回歸曲線</p><p>　　Fig.7 Linear regression curve of support strength and a

43、mount of floor heave</p><p><b>　　制起著關(guān)鍵作用。</b></p><p>　　5巷道底鼓的防治方法</p><p>　　關(guān)于巷道底鼓的防治方法，總體上可概括為加 固和卸壓 2 大類。加固方法中包括帶底拱的 U 型鋼 可縮性支架、混凝土碹和弧板等全斷面支護(hù)法以及 底板錨桿、底板注漿和錨注結(jié)合等加固法 2 類

44、。卸 壓方法有巷道周邊卸壓法，如幫底開卸壓槽和底板 深部松動爆破等，前蘇聯(lián)在這面研究較多，但筆者 在研究中發(fā)現(xiàn)，用巷道周邊卸壓來防治底鼓的現(xiàn)場 效果并不理想，且實(shí)施困難。另一類卸壓法為降低 整個巷道圍巖應(yīng)力，如利用煤層開采引起圍巖應(yīng)力 重新分布的規(guī)律，或者在巷道和硐室頂部開槽卸壓， 從而減少受采動的影響，使巷道位于卸壓區(qū)內(nèi)。實(shí) 踐證明，該類卸壓法是行之有效的。下面介紹幾種 治理深井軟巖巷道底鼓的措施。</p><p&

45、gt;　　5.1 全封閉 U 型鋼可縮性支架</p><p>　　當(dāng)?shù)装鍨檐浫跗扑閹r體時，用打底錨桿的方法 來控制底鼓效果并不理想，而此時采用封閉式 U 型 鋼可縮性支架往往可有效防治巷道底鼓?；茨现x橋 煤礦、徐州權(quán)臺煤礦和鐵法小康煤礦采用 U 型鋼拱 形支架防治底鼓，均取得了顯著效果。在采用封閉 式金屬支架時，要根據(jù)實(shí)際情況，對支架底選型、 結(jié)構(gòu)、工藝和參數(shù)等進(jìn)行合理的設(shè)計，否則，使用 時也會出現(xiàn)支架損壞和失

46、效。一般采用封閉式金屬 支架必須注意以下環(huán)節(jié)：</p><p>　　(1) 合理設(shè)計 淮南謝橋煤礦的回風(fēng)大巷，位于風(fēng)化的極軟巖</p><p>　　內(nèi)，雖然采用馬蹄形 U 型鋼支架，由于底梁錯位及 受到集中和偏心荷載作用而造成大多底梁損壞和失</p><p>　　效，使得巷道底鼓速率長期高達(dá) 3～5 mm/d。后來</p><p>　　改進(jìn)

47、設(shè)計，采用 3 項(xiàng)措施：① 底梁與柱腿之間采用</p><p>　　縱向和橫向均可縮的鑲嵌式接頭；② 底梁之間采用 強(qiáng)力拉桿固定；③ 支架與圍巖之間鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)并進(jìn) 行壁后充填，使封閉式支架和底梁均成為整體結(jié)構(gòu)， 研究表明支架的承載能力增加 5 倍，有效控制了巷</p><p>　　道底鼓，底鼓速率降至 0.05 mm/d。</p><p>　　(2) 合理選擇支護(hù)阻

48、力 權(quán)臺煤礦回風(fēng)巷中的現(xiàn)場測試結(jié)果表明，在巷</p><p>　　道底寬為 3 m 左右的條件下，支護(hù)阻力應(yīng)不低于 0.1</p><p>　　MPa；底板十分松軟或底寬較大的巷道，支護(hù)阻力 應(yīng)不低于 0.15 MPa。因此，封閉式 U 型鋼支架的卡 纜扭矩不低于 300 N·m。</p><p>　　(3) 使用雙向可縮底梁 為適應(yīng)巷道圍巖持續(xù)變形和底鼓

49、，采用雙向可</p><p>　　縮底梁，底梁拱高至少為 0.3 m。這樣可有效吸收圍 巖中的變形能，對底鼓起到相應(yīng)的防治作用。</p><p>　　(4) 合理選擇封底時間 一般可在巷道開掘初期引起強(qiáng)烈底鼓后，在掘</p><p>　　進(jìn)工作面后方的 20 m 處封底，封底過早容易引起掘</p><p>　　巷初期強(qiáng)烈底鼓而損壞底梁，過遲則

50、會延緩支架承 載，對有效控制巷道圍巖變形和底鼓不利。</p><p>　　5.2 錨注結(jié)合加固底板</p><p>　　底板巖性直接決定著底板錨桿控制底鼓的成 敗。當(dāng)?shù)装鍨橹杏矊訝顜r層時，在平行于層理方向</p><p>　　的壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生撓曲褶皺。這時通過打底板錨</p><p>　　桿防治底鼓效果良好。當(dāng)?shù)装逯饕蓭r層松軟碎裂 而產(chǎn)

51、生擠壓流動時，底錨桿可降低掘巷初期的底鼓 速率，但不能有效防治底鼓。例如，淮南謝橋煤礦 位于極軟巖內(nèi)的回風(fēng)大巷，采用錨網(wǎng)封底，錨桿長 度為 1 800 mm，間距為 500 mm×500 mm，底板錨 固后又澆灌 100 mm 厚的混凝土。結(jié)果，巷道開掘 后 100 d 內(nèi)，底鼓速率一直居高不下，底鼓速率平均 高達(dá) 10 mm/d。</p><p>　　井下觀測表明，松軟底板鼓起的深度一般為巷 寬的

52、0.75 倍，因此，短錨桿難以阻止底鼓。而實(shí)際</p><p>　　工程中，寬度為 5 m 的巷道，必須采用 4 m 左右的</p><p>　　錨桿，由于施工工藝復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)。 對于松軟破碎巖層，通過注漿形成的加固層為</p><p>　　錨桿提供了可靠的基礎(chǔ)，使錨桿對碎裂巖層的錨固</p><p>　　作用得以充分的發(fā)揮。將錨桿和注漿有

53、機(jī)地結(jié)合起 來，可以彌補(bǔ)各自原有的不足，具有廣泛的實(shí)用性。</p><p>　　注漿的效果主要取決于注漿材料、注漿孔的分 布、注漿壓力和注漿時機(jī)。若在巷道掘進(jìn)時就在底</p><p>　　板預(yù)定深度進(jìn)行松動爆破，將原定的底板標(biāo)高以上 的矸石運(yùn)出后，再向底板鉆眼注漿。這種方法不但</p><p>　　第 23 卷 第 14 期 姜耀東等. 深部開采中巷道底鼓問題的

54、研究 ? 2401 ?</p><p>　　可使注漿液易滲入裂隙，而且可在巷道底板巖層深</p><p>　　處形成卸壓區(qū)，淺部形成強(qiáng)度較大的碎石反拱，與 澆灌混凝土反拱相比，其承載能力更高而成本明顯 降低。該方法的工藝系統(tǒng)如圖 8 所示。</p><p>　　(a) 沿注漿錨桿向底板深處注漿 (b) 安設(shè)底梁</p><p>　　圖

55、 8 錨注結(jié)合構(gòu)筑反拱的工藝系統(tǒng)</p><p>　　Fig.8 Process system of bolting and grouting to construct inverted arch</p><p>　　5.3 硐室頂部切槽卸壓</p><p>　　利用卸壓開采的方法，例如，利用巷道上覆的 采煤工作面跨巷開采、巷道掘前預(yù)先開采、在采空 區(qū)

56、內(nèi)掘巷以及無煤柱護(hù)巷等都是防治巷道底鼓的有 效方法。</p><p>　　經(jīng)過頂部卸壓的硐室，5 a 來經(jīng)歷多次采動影</p><p>　　響，硐室仍完好無損，而硐室附近未經(jīng)卸壓的巷道 屢遭嚴(yán)重破壞。測試表明，經(jīng)卸壓的硐室底鼓量只</p><p>　　有未卸壓巷道的 2%～5%，該方法對底鼓的控制是</p><p><b>　　

57、非常有效的。</b></p><p><b>　　6結(jié)語</b></p><p>　　和淺部開采相比，在深部開采中巷道的底鼓問 題更加突出。當(dāng)巷道底鼓量小于 200 mm 時不需要 采取專門的防治措施；巷道底鼓問題的實(shí)質(zhì)是已經(jīng) 破壞的巷道底板再變形破壞和再穩(wěn)定的問題；這將 有別于現(xiàn)有的關(guān)于破壞和失穩(wěn)的概念，即認(rèn)為材料 的破壞就意味著結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，而對于

58、深部采礦工程 而言，巷道圍巖的破壞非常普遍，但圍巖的破壞并 不意味著巷道的失穩(wěn)，只要支護(hù)得當(dāng)，圍巖已破壞 的巷道仍能保持穩(wěn)定性。因此，研究深部開采環(huán)境 下的巷道底鼓特征和機(jī)理，探討經(jīng)濟(jì)有效的防治方 法，將是我們所面臨的一個全新的課題。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　高 2.3 m，在卸壓巷內(nèi)開挖便于鉆眼和裝藥的小硐， 進(jìn)行松動