采空侧巷道底鼓形成机制与防治技术研究

（山西阳泉市南煤集团南庄分公司 山西 045000）

引言

我国煤矿的发展使得采空巷道的底部经常会存在底鼓的现象，巷道的底板岩体内部也会表现出较强的非线性力学特征，最终会影响到巷道的正常使用。因此，巷道底鼓防止技术已经成为了目前煤矿掘进中经常会遇到的问题。多数采空侧巷道会在很大程度上受到周围工作面的影响，内部的应力更会随之发生变化。一旦遇到施工单位不全力地注意，自然会使得防治措施不能够发挥更大的作用。

1.采空侧巷道底鼓概述

从实践中可以发现，多数巷道底鼓是因为底板被破坏而产生的，更多的底鼓不但和周边巷道内部的物理性质有直接的关系，更和围岩应力有着很大的关系。

从观测的过程看，相比于相同条件下的实体煤矿巷道，采空侧巷道底鼓会变得很大，以此巷道底部会变得非常不对称。造成这一切的根源就是巷道应力自身的特征。

另外，因为内部煤柱宽度有所不同，巷道底鼓也会因此而不同。如果底部宽度确实变小，底鼓则会变得更加激烈。如果宽度变大，底鼓则会变小。回风巷道内部的底鼓和尾巷道掘进的位置将会有着直接的关系[1]。随着不断地向煤矿巷道内部掘进，煤柱内部的宽度也会不断地减少，巷道内部的煤柱会直接被破坏，所以原来已经作用于煤柱上的压力也会存在于回风巷内部。

在实际传递顶帮压力时，正因为底板强度非常弱，如果受到了严重的挤压则会诱发明显的变形。这进一步说明了底鼓其实还是会受到多方压力的影响。煤柱宽度和压力的内容也会影响底鼓的形成。

2.巷道底鼓机制探究

从诸多实践中可以看出，采空区底鼓变形的原理为：随着后续补尾巷道掘进的不断发展，原本作用于尾部巷道的煤体压力也会更好地被转移，甚至会转移到新的回风巷道和煤柱上，这就会让回风巷道内部存在二次分布或者应力过于集中的现象。正因为巷道顶板和两帮支护内部的密度不断地变大，围岩变形的量较小，更多围岩内部的压力将不能够被更好地释放出来[2]。原先作用于顶板和煤柱上的压力在被挤压之后就会出现新的断裂现象，底板也会在第一时间隆起。如果煤板隆起的现状过于严重，煤帮就会直接下沉，如果巷道底脚支护的部位过于薄弱，此部位就会直接向外移动。

(1)底板岩性

围岩的矿物成分、结构和其他因素都会对巷道底鼓产生不同的影响。如果底板位于砂岩正中就会显得非常稳定，甚至不会出现底鼓。但是，如果底板存在于较软的泥岩或者是断层内部，由于内部的强度本身就很低，吸水率也会变高，地应力的基础上就会产生新的底鼓。

(2)水理作用

从多数矿井地质资料和发展的实际情况来看，多数矿区内部的构造非常复杂，含水层和隔水层会呈现相间的状态，更多的地下水会因此承受压力，形成常见的裂隙压水。在巷道掘进过程中，如果遇到了含水量非常丰富的地段，围岩就会在第一时间破碎成泥，进而出现流变的现象。另外，如果较大的岩石出现了软化的现象，岩块自身的强度也会变差，最终会在短时间内被破坏，当无法满足支护要求时，自然就会诱发更为严重的局部底鼓现象。这其实也会让整个采空巷道非常不稳定[3]。

(3)支护强度

如果只是重视巷道顶板和边帮支护，却没有对底板有效地进行支护，这样底鼓会经常处于不支护的状态。如果在矿工钢棚下设置底梁，却没有对底板进行支护，则整个矿工钢棚就要受到前所未有的压力。为了更好地保护它，必要时需要将各种力道向支护的底板传递。如果顶板下沉就会破坏整个底板原有的平衡，底板也就会向空间内部的巷道隆起，形成更多的巷道底鼓。

3.案例分析

(1)煤矿介绍

某工作面内部的采煤层为石炭系上统的煤层，埋深直接介于406-480m之间，煤层的厚度则浮动于5.3-7.8m之间，平均的厚度为7.03m，煤层平均的倾斜角度为2.5°。如果开采时只是配合单一长臂的综合机械来进行工作，配合合适的自然垮落法来管理整个采空区内部的顶板。该工作面和另外一个8101采空区紧密相连，两者之间煤柱的厚度大约介于17m。但是，因为受到了采空区内部压力的影响，底鼓的数量会变得越来越多，慢慢就会让煤矿巷道都不能够更好地实现运输。

(2)防治底鼓的措施

①施工煤体大直径卸压钻孔

可以采用专业大直径御压钻孔的方式来防止出现底鼓。应该让这样一系列操作方式都集中在区域内部，并使得其直径小于106mm。也只有真正排出因为变形或者钻孔而产生的煤粉，岩体应力才会转移到最深处或者高应力巷道的内部，自然也就能够解除煤岩体的危机。真正使用此方式时，应该让煤体还没有聚集更多的高应力时就进行卸压钻孔，于是，整个煤岩体自然就不会存在应力较高的区域。

实践中，整个工作面都未能够受到相邻区域垮落岩层的影响，巷道周围仍然会保证一个较高的应力水平。另外，真正超前的压力和侧向的压力会和原本的应力相互合并在一起，周围巷道的应力也会随之变高，从而诱发更大的冲击[4]。因此，需要先卸载整个掘进巷道的压力，再直接卸掉周围煤体的压力。

注意先在该巷道两帮来打专用的卸压孔，并让卸压孔的范围在工作面前方的150m距离，并将钻孔的直径定位为108mm，钻孔之间的距离定位为1m，距离巷道底板1-1.6m，注意钻孔时不要直接钻入顶板和底板的岩层。图1就是煤体内部的示意图。

图1 煤体大直径钻孔布置示意图

②主动加强支护

图2 煤矿巷道原断面

多数锚索内部的锚固自身的深度都很大，因此也有了较高的承载能力，必要时更可以合并较强的预紧力。因此，可以通过主动加强支护来实现顶板打锚索，从而提升巷道支护的效果，注意将锚索的长度控制在10m。图2显示了巷道中原有的支护情况。

③被动支护

除了采用上文所说主动加强支护的方式，更可以融入被动支护的方式，也就是我们常说的单体支护。该煤矿巷道超前支护的距离被确定为50m，并配合三梁三柱的支护方式[5]。该巷道内部因为承受了冲击来压而使得单体柱被损坏了17根。因此，可以通过对单体柱子不断地加强支护来将其定位为五梁五柱，整个过程如图3所示：

图3 煤矿巷道原超前支护

4.实际效果

在使用了新的防治底鼓措施之后，不仅巷道内部的变形量不断加大，等到过了16d，期顶板的下沉量和底板的变形量都能够有效地稳定下来。在对巷道采用了常规的加固措施之后，巷道内部变形的量逐步降低，平均底鼓的量将会被确定为260mm。

5.结束语

在实际运用大直径卸压和巷道支护技术时，确实需要综合考虑多种监测方法和发挥的实际作用，并注意运用巷道表面的位移方法来防止巷道底部出现底鼓的现象，这样才能够发挥更好的作用。实际表明，多样化的巷道加密技术确实可以在控制巷道底鼓的基础上让生产的过程变得更加安全。常规底鼓防止方案智慧对邻近的巷道产生直接的影响。因此，需要先结合地质构造的影响再选择合适的巷道加强支护方案。而本文提出了预防底鼓的方案也可以在减少巷道变形的基础上更多地减少维护量，这样不仅能够让煤矿巷道生产变得更加安全，更能够有效地提升矿井的经济效益。