巷道底臌的原因及防治措施

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【摘要】 根据平岗煤矿东一采区右道底臌现状,分析了工程巷道底臌形成的原因,根据现场经验,结合国内外经验和方法,提出了预防和治理巷道底臌的措施。

【关键词】 右道底臌支护预防治理

1 问题的提出

平岗煤矿东一采区右道处于-275标高,距地面垂深为615米,风道两侧为采空区,保护煤柱为80米,但随着两侧采面的回采完毕,矿压增大的问题凸显出来,底板底臌、两邦向内偏移的现象明显。底臌不仅缩小了巷道断面尺寸,妨碍了正常的运输、通行和通风;而且时常还必须停产起底维修,耗费大量的人力、物力和财力;另外,随着工程深度的增加、巷道断面的增大,底臌问题愈为突出,这严重影响采区生产,制约矿井安全发展。研究巷道底臌的原因及防治措施,对于保证地下工程正常的安全运营具有重要意义。

2 巷道底臌的原因

巷道底臌的形成原因是多方面的,既有客观上的原因,也有主观上的原因。可观上与围岩的性质、采动影响、开采深度及地质构造等直接相关;主观上:在采掘布局的工程中出现孤岛现象、巷道的断面、支护形式和预防措施未被充分考虑。平岗右道底臌的主要原因是客观上的原因。形成巷道底臌的原因主要有:

一是,底板岩性底板岩层的结构状态(如破碎结构、薄层结构、厚层结构等)、软弱程度及软弱岩层的厚度直接决定着巷道底板发生底臌的大小及底臌形态。当底板位于坚硬的砂岩或灰岩中时,一般处于稳定状态,通常不会发生底臌;而当底板位于软弱的泥岩、页岩或断层破碎带中时,由于岩体强度低、吸水率高、裂隙发育,其自身稳定性和承载能力较差,在地应力作用下极易产生底臌,造成底板失稳破坏。右四巷道正是处于以泥岩和砂质泥岩为主、层理裂隙发育且有小断层里,据实验观察在影响的巷道地段的底臌量,要比位于灰色细砂岩地段的底臌量高3～4倍,这是造成右四巷道底臌的重要原因。

二是,岩层应力地下工程的开挖破坏了原有的应力平衡状态,特别是出现孤岛现象,引起了围岩应力重新分布,巷道围岩所受应力状态则是影响底板起臌的决定性因素。岩层应力达到一定的条件时,底板岩层由于不能承受过大的应力作用而破坏底臌。

三是,水对岩石强度的影响:(1)由于水的作用减少了岩石层理、节理和裂隙间的摩擦力, 使岩石的整体连接强度降低,使岩体沿岩层的节理面、层理面和裂隙面形成滑移面,并将原来层间连接紧密的岩体分为很多薄层,甚至完全丧失强度;(2)岩石中的某些矿物成分遇水产生膨胀。

四是,支护强度:一般巷道的底板处于不支护状态,主要是因为:(1)总是认为只要支护顶板和两帮就安全了,底臌无关紧要;(2)锚固底板施工比较困难,出矸石工作量大;(3)一旦支护控制不住底臌,卧底时的工作量大。这是底臌大于顶板下沉量的主要原因。

五是,巷道的大小和形状:特别宽大的巷道比窄巷道易发生底鼓,然而,巷道的宽度是由采矿作业而决定的。在某些情况下,特别是辅助巷道,宽度能保持在一定限度以内,而通过增加巷道高度使横截面保持不变。

3 巷道底臌的防治措施

治理巷道底臌也不是一蹴而就的,它是一个系统的综合治理过程,要从开始设计、施工操作、施工监测及后期管理等方面综合考虑。

一是,合理选择巷道位置及断面形状巷道发生底臌主要在于其岩性松散软弱,极易受到结构应力、环境效应的影响而发生强度减弱变化,设计时在综合分析的基础上应尽量把巷道布置在强度高的砂岩中,并且避免孤岛现象。

二是,加固支护巷道底臌通常是由于底板岩层强度低,不能承载巷道围岩应力而产生的,所以,可以通过底板锚杆、底板注浆、混凝土反拱、全封闭支架等加固支护措施进行治理巷道底臌。

(1)底板锚杆。底板锚杆治理巷道底臌是一种比较经济有效的手段,一般适用于完整性较好的中硬层状岩层。底板锚杆一般采用全长锚固式锚杆如水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、管缝式锚杆等。

(2)底板注浆。底板岩层注入浆液,浆液渗入岩层破碎面,浆液凝固后可以将已破碎岩层重新粘结起来,改善岩层结构,提高了岩体的内聚力和摩擦力,提高岩层的强度和稳定性,底板注浆对于防治巷道底臌有较好的效果。

(3)底板锚固和注浆结合加固。把底板锚杆与注浆加固有机地结合起来,通过注浆加固巷道围岩,形成一连续的注浆加固圈;而锚杆通过与围岩相互作用和加初锚力在围岩内又形成一锚杆加固圈,并且注浆加固圈为锚杆提供了可靠的着力基础,使锚杆对松散岩层的锚固作用得以发挥,保证了支护结构的稳定性和强度。

三是,巷道壁充填 在巷道和未采煤柱之间的巷道壁充填,主要是通过把侧翼地层压力支点转移到远离巷道的地方而改善压力分布,从而增加底板粘土从未采煤柱的下面向巷道流动的阻力。另外一种用于永久性巷道的底板支护是,在巷道底板上先挖出矩形坑槽,然后再填以遇水硬结的材料,使之成为混凝土反拱。这种支护具有较高而且平均一致作用于底板上的支护阻力。加装可伸缩支撑件可进一步加强混凝土反拱,使其获得更大的抵抗底鼓的残余变形阻力的能力。

四是,卸压法。实质是采用一些人为的措施改变巷道围岩的应力状态,使底板岩层处于应力降低区,从而保证底板岩层的稳定状态。它特别适用于控制高地应力的巷道底鼓。目前出现的卸压法有切缝、打钻孔、爆破及掘巷卸压等形式。打钻孔这种措施在技术上有很大难度,因为在钻孔间距很小的情况下,打直径为50～60mm的孔而不发生偏斜是非常不容易的。此外这种措施的卸压范围比底板切缝小,因而要考虑到钻孔后发生底鼓的可能性。

巷道底鼓是影响安全生产的重要因素。由于巷道底鼓的原因各异,因此,防治巷道底鼓的方法也要根据成因及矿山的技术经济条件选择相应的防治办法。根据现场实验,木锚杆和钢锚杆是目前控制巷道底鼓比较有效的办法。