深井高围压巷道底臌诱发机理分析及治理技术研究

摘要：随着能源需求的不断增加，煤矿的开采深度不断加大，使得煤矿的地步出现了变形，产生了一系列的工程影响，出现了一些安全隐患。所以，如何控制深井高围压巷道底臌的产生,成为目前迫切需要解决的问题。本文通过对深井高围压巷道底臌诱发机理进行分析，并提出有效的治理技术，以期更好的保证煤矿开采的安全。

关键词：高围压；底臌；治理技术

中图分类号：X752文献标识码： A

引言

中国一直以来都是一个煤矿生产大国，并且，煤炭资源作为我国的重要能源，对于促进我国社会的经济发展具有重要的意义。随着对煤炭需求量及开采强度的不断增大,浅部煤炭资源日趋减少,许多煤矿都出现了不同程度的软岩支护问题,煤矿深部软岩支护问题一直是困扰煤矿安全、高效生产的重大难题之一。因此，做好高围压巷道底臌的治理是当务之急。

一、巷道底膨的特征

软岩巷道底臌,是指巷道由于掘进或受回采影响,引起巷道围岩的应力状态变化,以及在维护过程中围岩岩性的变化,使巷道岩体变形并向巷道内发生位移,底板向上隆起的现象。软岩巷道底特征主要表现在以下三个方面：

（一）由于软岩强度较低(或相对于地应力小),特别在巷道处于软弱岩层或巷道位于断裂带、风化带附近时,由于节理裂隙比较发育,会受到风化作用和水理作用的影响，使得底板岩体的整体稳定性降低，表现为底板变形及破坏范围都较大。

（二）软岩巷道的底臌量对应力的变化很敏感。在一定的地质条件下,软岩巷道底 始时可能表现得并不明显,但随巷道深度的增加或受到采动的影响,底板岩层就会发生失稳并向巷道内鼓起。

（三）软岩巷道底具有显著的时间效应。其具体表现在巷道或硐室底臌的初始速度较大,之后逐渐减缓并过渡到比较稳定的阶段。底趋于稳定的时间较长,而且在稳定的状态下底板岩层仍会以一定的速度向巷道内移动。当总的底臌量达到一定数值后,底速度还会再度增加,导致底板岩层破坏,并最终使巷道发生整体性失稳。

二、高围压巷道底腺力学机理分析

根据软岩巷道底臌发生的机理分为塑性挤出型底 、膨胀型底臌和应力型底臌三大类。软岩巷道发生底臌的主要原因是围岩的扩容、膨胀、弯曲及流变,软岩巷道底臌的发生是复杂的物理力学过程,与软岩的物理、围岩岩体力学特性及应力状态和实际工程环境条件有关。

（一）应力型底

应力型底臌主要是由于巷道围岩压力引起的底板变形。根据围岩岩性及岩体结构分析,如果底板岩体较为破碎,在掘进过程中巷道周边围岩松动圈往往很大,随帮部受力逐渐增大,两帮的应力集中往岩体深部转移。这种情况下没有大压模效应的作用,这样底板在远场地应力的挤压作用下,底板破碎岩体向巷道内剧烈变形,从而形成底臌。

（二）膨胀型底臌

膨胀型底臌主要是由于巷道受水理性质的影响,引起了底板岩层膨胀和岩体应变软化所造成的底臌。典型的膨胀型软岩有粘土岩、泥岩、蛇岐岩、页岩、片岩、泥灰岩以及受热液化变质作用的花岗岩等。工程实践中,这些岩石会引起岩体的吸水膨胀而导致巷道失稳,巷道开挖后围岩的吸水膨胀,使岩体塑性挤出或底板隆起而导致巷道或硐室的破坏,工作面底板断层软弱带吸水膨胀软化后容易造成底板突水等等现象。当岩体受到扰动的影响,特别是湿度条件下发生变化时,具有膨胀性的围岩工程特征会发生很大的变化,产生体积膨胀,对支护结构产生膨胀压力,严重影响工程的稳定,因此膨胀型软岩对工程具有极大的危害。

（三）塑性挤出型底臌

塑性挤出型底臌也是在应力的作用下产生的,但由于它具有一定的特殊性,其区别于完整性较好的块状、层状结构的底板。当巷道底板处于松软破碎的岩体中时,巷道围岩松动圈很大,而两帮的应力集中转移到岩体深部,因此不存在压模效应。底臌主要是由于在远场地应力作用下,挤压底板破碎的岩体向巷道内产生整体溃散。不封底时底臌速度比两帮及顶板产生位移速度要大得多;封底时底臌的发展速度慢一些,却增加了巷道两帮的位移速度。

三、深井高围压巷道底臌治理技术研究

（一）工程概况：

该井田位于处于鄂尔多斯盆地彬县一黄陵坳褶带，构造运动相对稳定，地层倾角，一般＜5°，水仓巷道平均埋深570m，沿4号煤层布置。煤层直接顶为细粒砂岩，厚度1―2.5m，一般在2.5m左右。老顶为粉砂岩，平均厚度在6m左右。煤层底板以灰褐色炭质泥岩为主，层厚2.76m，含有蒙脱石和伊一蒙混层矿物，遇水易膨胀。老底为深灰色铝质泥岩，层面光滑，含植物跟系化石，平均厚度为5.8m。在水仓巷道掘进施工中，巷道底臌现象十分严重，某些地方底臌量达0.75m，属于破坏型底臌，严重影响了巷道掘进施工，必须对底臌现象进行彻底的处理使其稳定。

（二）方案选择：因底板经过多次卧底比较松软破碎,直接打孔成孔困难,先将巷道底板卧至设计深度以下400rmn,并依次铺底梁,对底板浅部6m松动圈进行双液预注,给打锚索孔和深孔注装承压创造条件,之后施工组合锚索孔,安装组合错索,下注管、封孔;利用错索孔对底板深部进行双液注装;然后上大、小托盘、索具张拉锚索;最后对巷道底板绕轮至设计标;待绕轮凝固后再对底板打6m浅孔进行二次注浆。

1.施工总工序

卧底一巷道底板浅部预注装孔打眼及注一组合锚索孔打眼一下组合锚索、端锚、封孔4组合锚索孔注一上托盘、张拉一依次铺设金属网和底梁一绕砂地坪一轮地坪下打眼注浆。

2.卧底、铺设底梁工艺

（1）根据现场结合测量施放的腰线进行卧底。

（2）使用风镐卧底、卧底的奸石采用人工攉使用抬筐或建筑式手推车抬(推)往副井车场,再用铁锹装入矿车。

（3）卧底时,分段进行卧底。

（4）卧底后、将巷道底板浮矸清理干净,找平底板,然后铺设大网片。网片必须压荏,压茬不少于100 nm。

3.锚索钻孔及下注奖管施工工艺

（1）用ZQJJ-200/1.8型气动架柱式钻机配Ф90mm钻头打钻。

（2）接装进气、进水接头前,所有操作阀必须处于关闭状态。

（3）每次接装进气、进水接头前,都应冲洗出管内砂石异物,包括压气管路内的聚留水。

（4）钻进前,固定好钻机,操纵手把先空运转,检查马达旋转、气腿升降,全部正常后,才能进行作业。

（5）确认把钻杆、钻头连接好后,开启推进机构操作阔使气腿升至钻头与地面接触并立即开启马达操作阀,使马达旋转。

（6）开眼位时,要轻压慢转,保证钻孔形成质量;正常钻进过程中,要尽量保持速,降低钻孔偏斜度。

（7）钻进完成一回次后,调慢马达转速,旋转推进机操作阀位置,使动力头回升,而后进行第二次作业。

（8）将按规格要求编制好的组合锚索推送入孔,直至孔底。

（9）下注管,用适量棉丝或水泥袋缠绕在错索上,用钻杆将其推至距孔口2. 5m深处,向孔内塞入水泥水玻璃塑胶泥并揭实进行封孔。

4.注浆施工

（1）注浆材料:浆液材料采用单.、双液水泥浆,水泥选用P.042.5普通硅盐水泥,水玻璃选用30―40Be'。采用水泥-水玻璃双液架,水泥浓水灰比为0.7―1.2:1,水玻璃与水泥浆体积比为1:3。

（2）注浆工艺如下图（图 1）所示：

结束语：

在当前的煤矿开采中，井底巷道的大变形、大地压、难支护的工程问题日趋严重,因此，做好底臌的处理工作是非常有必要的，只有先找到其产生的原因，并对其进行有效的分析，才能真正的将病害治理好，从而更好的促进煤矿事业的发展。

参考文献：

[1]纪磊. 常村矿回风上山底臌控制技术研究[D].河南理工大学,2012.

[2]张伟光. 深井巷道底臌岩体破坏运移演化规律及控制技术研究[D].河南理工大学,2012.

[3]赵雷. 软岩巷道底鼓的防治试验与研究[D].太原理工大学,2013.