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底鼓,受採掘工程的影響,巷道頂底板和兩幫岩體產生變形並向巷道內產生位移,巷道底板向上隆起的現象即稱之為底鼓。

1 底鼓 -簡要介紹

  受採掘工程的影響,巷道頂底板和兩幫岩體產生變形並向巷道內產生位移,巷道底板向上隆起的現象即稱之為底鼓。底鼓所導致的巷道斷面縮小、阻礙運輸和行人、妨礙礦井通風,使得許多礦井不得不投入大量的人力和物理去做「挖底」等臨時的處理工作,嚴重的會造成整條巷道的報廢,對礦山的生產與安全產生很大的制約。

  長期以來,國內外許多專家學者對煤礦巷道底鼓機理和控制技術作了大量的研究工作,提出了許多底鼓控制技術。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岩層性質、圍岩應力、水理作用、岩體強度和地溫等。有效控制底鼓的方法大致分為兩類:一類是防止,即採取措施將底鼓量減少到允許的範圍內;二是清除底鼓,將巷道已發生底鼓的部分岩石清除,恢復巷道斷面積。

2 底鼓 -產生原因

  引起巷道底鼓的主要原因有:構造應力、水的影響、彈性變形

  1.構造應力的基本特點是以水平應力為主,具有明顯的方向性和區域性 水平應力是影響巷道底板鼓起、兩幫內擠的主要因素。在軟岩和厚煤層中,底板岩層在水平應力作用下與形成褶曲構造相類似,向巷道空間鼓起。如果底板岩層呈粘——塑性變形,底板岩層進入蠕變狀態。高水平應力是造成底板岩層破壞和強烈底鼓的主要原因。

  2.水對岩石強度的影響

  ⑴由於水的作用減少了岩石層理、節理和裂隙間的摩擦力,使岩石的整體連接強度降低,使岩體沿岩層的節理面、層理面和裂隙面形成滑移面,並將原來層間連接緊密的岩體分為很多薄層,甚至完全喪失強度。

  ⑵岩石中的某些礦物成分遇水產生膨脹。

3 底鼓 -防治措施

  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。它是現場應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烈底鼓趨勢的巷道中,往往需要多次起底,但並不能完全制止底鼓,不僅起底工程量大、費用高,而且還影響兩幫及頂板岩層的穩定性和礦井的正常生產。另一方面是採取措施消除底鼓。目前防治底鼓的措施主要從降低巷道圍岩應力,加固圍岩或保持圍岩的強度這兩個方面考慮。

  1.合理的巷道布置

  巷道軸向與構造應力方向之間夾角不同,巷道圍岩水平應力集中程度有很大差異。因此,在構造應力影響較強烈的區域,要重視巷道布置方向,依靠正確調整巷道方向與構造應力方向間的關係,削減構造應力對巷道圍岩穩定性的影響。從巷道圍岩控制的角度出發,布置巷道時應重視下列問題:①在時間和空間上盡量避開採掘活動的影響,最好將巷道布置在煤層開採后所形成的應力降低區域內。②如果不能避開採動支承壓力的影響,應盡量避免支承壓力疊加的強烈作用,或者盡量縮短支承壓力影響時間。③在採礦系統允許的距離範圍內,選擇穩定的岩層或煤層布置巷道,盡量避免水與鬆軟膨脹岩層直接接觸。④巷道通過地質構造帶時,巷道軸嚮應盡量垂直斷層構造帶或向、背斜構造。⑤相鄰巷道或硐室之間選擇合理的岩柱寬度。⑥巷道的軸線方向儘可能與構造應力方向平行,避免與構造應力方向垂直。

  2.底板打錨桿

  要求底板岩層具有較好的完整性,如果底板岩層破碎,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行評價。同時,巷道底板岩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,當底板岩層遇水泥化,則要考慮用乾式打眼或懸浮劑沖洗鑽孔的方法。

  巷道底板錨桿的形式,應根據巷道服務年限、用途和生產條件選定。底板錨桿的長度應能穿過全部底鼓的岩層,錨桿的尾斷應在底板以下0.6-0.8m,這樣做的好處是,必要是還可以卧底。為了充分發揮錨桿對底鼓的作用,同時考慮到現場打眼的方便,底板錨桿應按圖布置,當底板為砂頁岩時,錨桿密度不應小於1根/m2。當岩層破碎時,應適當加大錨桿的密度,排距一般為0.8-1.2m,當底板岩層間連結強度較低時,錨桿的排距應在1m以下。

  3.底板注漿

  底板注漿一般用於加固已破碎的岩石,提高岩層抗底鼓的能力。當底板岩石承受的壓力超過岩體本身的強度,產生裂隙和裂縫時,應採用注漿的辦法使底板岩層的強度提高,達到防治底板底鼓的目的。由於所選擇的注漿形式、注漿材料、注漿壓力和注漿時間長短不同,岩層中的裂隙可能全部或部分被粘合,當注漿壓力高於圍岩強度時,就產生新的裂隙並有漿液滲入。注漿的作用可分為三種情況:

  ⑴ 注漿只起到部分效果,即注漿后重新結合的強度只比岩石產生離層、裂隙后的殘餘強度稍高。產生這種情況的主要原因是注漿壓力太低,注漿液濃度太大,或注漿鑽孔的布置不合理。底板注漿后對減少底鼓有一定的效果,但不顯著。

  ⑵ 注漿后破碎的岩石全部被加固,在岩層中極為微小的裂隙也被粘和起來。注漿后岩層的結合強度與原始強度相等。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注進的漿液包圍破碎的岩塊並將其粘和成一體,岩層的整體強度得到提高,注漿后岩層的結合強度高於原始的強度,是底板注漿最理想的情況。

  注漿后岩層達到的結合強度主要取決於選擇的注漿材料,採用聚氨酯材料,岩層間的結合強度較高,加固的效果較好,但底板潮濕時粘和強度較低,成本也較高。注水泥漿雖然成本低,但結合強度較低,所以在選擇材料時要根據實際情況合理選擇。

  4.葯壺爆破

  葯壺爆破是在炮眼底部先少量裝葯爆破成壺狀,再將裝葯爆破,不破裂岩體表面。

  U·1·切爾尼亞克教授提出,用爆破法卸壓。這種方法的實質是用爆破法在靠近巷道周邊的煤層底板中形成岩石鬆動帶,由於巷道石鬆動帶,最大支承壓力轉移到岩體及煤柱深部。

  確定爆破參數時,應考慮煤層底板岩石性質及厚度,軟岩巷道底鼓岩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。

  用鑽孔孔底葯壺爆破的方法進行限制性爆破,在圍岩體中形成一個連續的鬆散破碎帶,將支承壓力峰值轉移到圍岩深部,同時,已經鬆散破碎的圍岩體具有緩衝墊層作用。確定鬆動爆破技術參數應以不破壞底板與鬆散破碎帶之間的圍岩完整性為原則。

  單純依靠鬆動爆破卸壓,一般效果並不理想,如將鬆動爆破卸壓與鬆動圈的圍岩加固結合起來,則可以取得很好的效果。加固的方法可採用水泥注漿、化學注漿等。鬆動爆破卸壓——加固的方法已在中國煤礦中獲得廣泛應用。鬆動爆破與打封混凝土反拱聯合控制巷道底鼓也取得了很好的效果。

  5. 封閉式巷道支架

  採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、適用範圍廣及效果顯著等優點。封閉式支架的特點是具有底拱,支架抵抗巷道兩幫內移的能力大大加強,減少了巷道底板所承受的水平力,控制了巷道底板岩層的離層和斷裂。支架底拱對底板的支撐力改變了巷道底板岩層的受力狀態,使底板岩層由兩向受力變為三向受力,從而大大提高了圍岩的強度,增加了巷道圍岩的穩定性,有利於圍岩承載圈的形成。由於底拱的設置對於防止水侵入巷道底板,避免車輛震動,防止底板產生裂隙都有一定的效果。

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