[精品]關(guān)于巷道底鼓及其預(yù)防措施的研究

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1、關(guān)于巷道底鼓及其預(yù)防措施的研究關(guān)丁巷道底鼓及其預(yù)防措施的研究［摘要］巷道底鼓主要有擠壓流動性底鼓、撓曲褶皺性底鼓、剪切錯動性底鼓和遇水膨脹性底鼓。引起底鼓的因索主要有圍巖應(yīng)力、底板巖性、巖體強度降低和水理作用。預(yù)防巷道底鼓，應(yīng)該從合理布置巷道、應(yīng)力控制、加強支護和防治底板水幾個方面入手。［關(guān)鍵詞］巷道底鼓；類型；原因；預(yù)防措施屮圖分類號?TM77文獻標(biāo)識碼：A文章編號：巷道底鼓是軟巖巷道圍巖變形和破壞的一種主要方式。大量的實測資料表明，在底板不支護的軟巖巷道中,巷道底鼓量可占到巷道頂、底板移近量的70%以上，巷道維護工作量中有50%是用于防治底鼓。因此，長

2、期以來防治巷道底鼓一直是礦井巷道維護的重大難題之一。同時，底板的穩(wěn)定性顯著影響兩幫及頂板的變形和破壞?？梢姡刂频坠氖擒泿r巷道支護中的一項關(guān)鍵技術(shù)。1巷道底鼓的類型由于巷道所處的地質(zhì)條件、底鼓圍巖性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的差異，底板巖層鼓入巷道的方式及機理也不相同。1.1擠壓流動性底鼓擠壓流動性底鼓通常發(fā)生在直接底板為軟弱巖層(如粘土巖、煤等)，兩幫和頂板比較完整的情況下。在兩幫巖柱的壓模效應(yīng)和應(yīng)力的作用下，松軟破碎的底板巖層向巷道內(nèi)擠壓流動。其力學(xué)模型見圖1(a)。1.2撓曲褶皴性底鼓撓曲褶皺性底鼓通常發(fā)生在巷道底板為層狀巖石，其底鼓機理是底板巖層在平行層理方向的

3、壓力作用下，向底板臨空方向撓曲而失穩(wěn)，其力學(xué)模型見圖1(b)。底板巖層的分層越薄，巷道寬度越大，所需的擠壓力越小，越易發(fā)生撓曲性底鼓。1?3剪切錯動性底鼓剪切錯動性底鼓主要發(fā)生在直接底板。在高應(yīng)力作用下，即使是整體性結(jié)構(gòu)巖層巷道，底板也易遭到剪切破壞，或者在巷道底角產(chǎn)生很高的剪切應(yīng)力而引起楔形破壞，其力學(xué)模型見圖1(c)o圖1巷道底鼓類型和力學(xué)模型示意圖1.4遇水膨脹性底鼓一般情況下，巖石浸水后盡管強度弱化，但體積變化較小，而有些粘土巖層中，市于含有蒙脫石、伊利石等，浸水后體積會發(fā)生劇烈增大。井下實際生產(chǎn)中，巷道底板經(jīng)常積水，當(dāng)?shù)装鍨榕蛎泿r吋，就會遇水膨脹

4、而引起底鼓2引起巷道底鼓的因素研究表明，引起巷道底鼓的因素很多，其屮影響最大的有底板巖層性質(zhì)、圍巖應(yīng)力、水理作用和巖體強度等。2.1圍巖應(yīng)力當(dāng)圍巖應(yīng)力達到一定條件時,巷道底板破壞。圍巖應(yīng)力越大，底鼓越嚴重。隨著采深增加，上覆巖層重量隨Z增大，形成的支承壓力較大，于是巷道圍巖產(chǎn)生壓縮變形、剪切破壞等現(xiàn)象。在加強頂板和兩幫支護的情況下，底板強度和對較弱，這樣兩幫巖體可嵌入底板，因而產(chǎn)生底鼓。對于深部巷道，構(gòu)造水平應(yīng)力一般均大于自重應(yīng)力。在構(gòu)造應(yīng)力集中帶，由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，薄層頁巖頂板一般沿層面滑移，厚層砂巖頂板則以小角度或小斷層產(chǎn)生剪切，從而失穩(wěn)冒落；在高水

5、平應(yīng)力作用下，巷道首先從支護弱面導(dǎo)致底鼓。2.2底板巖性巷道中，底板巖層的強度和結(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；底板巖層的強度、分層厚度和破碎程度決定著底鼓量的大小。2.3巖體強度降低隨著礦井開采深度的加大，巖體強度明顯降低。由于采深增加，巷道周邊的集中應(yīng)力超過了圍巖的口身強度，致使圍巖移近率相對增加，巷道周邊塑性區(qū)范圍擴大。在塑性區(qū)范圍內(nèi)，巖石內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角迅速下降，致使巖體狀態(tài)惡化。圍巖強度降低,圍巖孔隙率增大，加上地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的影響，導(dǎo)致巷道變形呈軟巖特性。在圍

6、巖應(yīng)力作用下表現(xiàn)出顯著的塑性和流變性。巷道底板巖體軟弱、強度低、承載力不足是造成底鼓的直接原因。2.4水理作用浸水后的巷道底板往往產(chǎn)生嚴重的底鼓，一般表現(xiàn)為3個方面：①底板巖層浸水后，其強度降低，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，甚至強度完全喪失；③當(dāng)?shù)装鍘r層中含有蒙脫石、伊利石等膨脹性巖層時，浸水后會產(chǎn)生膨脹性底鼓。因此，巷道積水的治理是控制巷道底鼓的重要環(huán)節(jié)。3預(yù)防巷道底鼓的措施在煤礦中很廣泛使用的一種防治巷道底鼓的措施為起底法，即將巷道已底鼓的部分清除。但起底是一種消極的治理底鼓的措施。在具有強烈底鼓趨勢的巷道中，往往需要多次起

7、底（但并不能完全制止底鼓），不僅起底工程量大、費用高，而冃還影響兩幫及頂板巖層的穩(wěn)定性和礦井的正常生產(chǎn)。鑒于起底的不足之處，下面提出消除巷道底鼓的措施：3.1合理布置巷道如果巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向Z間夾角不同，則巷道圍巖水平應(yīng)力集屮程度就會有很大差異。因此，在構(gòu)造應(yīng)力影響較為強烈的區(qū)域，要重視巷道的布置方向，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，來削減構(gòu)造應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。在布置巷道時應(yīng)當(dāng)重視下面的問題：(1)在時間和空間上盡量避開采掘活動的影響，為減小巷道圍巖應(yīng)力，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)在采礦系統(tǒng)允許的距

8、離范圍內(nèi)，選擇穩(wěn)定的巖層或煤層布置巷道，考慮到水理作用，應(yīng)盡量避免