浅析巷道底鼓治理原理与技术设计专题报告.docVIP

浅析巷道底鼓治理原理与技术 摘要：底鼓是巷道破坏的常见现象之一，一直是煤矿开采等地下工程中难以解决的问题，巷道底鼓后，断面缩小，影响运输、通风和人员行走，不利于矿井安全生产，给煤矿的安全生产带来严重威胁。随着采深的增加和巷道断面的增大，巷道底鼓现象越来越突出，底鼓已成为该类巷道矿压显现的重要特征，是急待解决的技术难题。本文综合国内外关于巷道底鼓机理的探讨资料，分析了巷道底鼓的主要因素，提出了相应防治巷道发生底鼓的措施，有利于在煤矿生产中更好的控制巷道底鼓，减少巷道破坏变形，保证安全生产。 关键词：巷道底鼓；治理原理；治理技术 0 引言 在煤矿生产中，几乎所有回采巷道都会出现不同程度的底鼓，尤其随着近些年来煤炭开采逐渐走向深部，进而地应力相应增大，巷道底鼓问题日趋突出严重，从而暴露出很多影响煤矿安全生产的问题。底鼓是煤矿井巷中常发生的一种动力现象，它与围岩的性质、矿山压力、开采深度及地质构造等直接相关。在巷道顶、底板移近量中，人们已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，所以大约有2／3是由于底鼓引起的。底鼓使巷道变形、断面变小，影响通风、运输，制约矿井安全生产；强烈底鼓带来大量维修或翻修工作，大大增加了巷道支护费用；而且大面积底鼓造成巷道附近应力重新分布，带来更多的地压问题。因此，研究巷道底鼓的机理、预测方法及防治措施等问题，对于我国深部资源开采，建设高产高效矿井，提高人员安全保证有着重大的理论意义和实际应用价值。 1 对巷道底鼓机理的认识 为控制软岩巷道底鼓，国内外近年来对软岩的物理、水理力学性质、产生巷道变形与底鼓的力学机制及控制底鼓的技术措施开展了大量的研究工作，取得了一大批理论和技术应用成果。 关于巷道底鼓，国内外许多专家提出了不同的看法：①前苏联的M．JI．兹包尔什奇克等认为：巷道底板岩层突然鼓起是由于底板中塑性层对下部移动的阻力，以及底板岩层暴露的面积与周长的比例急剧变化时岩层储存的弹性能释放的结果造成；②德国的M．奥顿哥特运用相似材料模拟实验研究了巷道底鼓的全过程，他认为巷道岩层的破坏顺序为：首先是两帮岩层由于垂直应力作用被压裂，之后是巷道顶板由于水平压力的作用向巷道问鼓出，其中较先破坏的是直接底板岩层；③我国康红普经过分析计算得出结论，底鼓是由于失稳的底板岩层向巷道内压曲，偏应力作用下的扩容，岩层自身的遇水膨胀；④而贺永年、何正昌通过实测和研究认为，巷道底鼓由两帮岩柱传递顶板压力开始，两帮围岩在挤压底板的同时一起下沉，底板在严重挤压变形的情况下发生断裂，然后底板隆起。 综上所述，底鼓通常由下述的1个或多个因素引起： 1)巷道掘进后，由于底板围岩应力的变化，使巷道底板岩层卸载产生弹塑性变形向巷道内鼓起； 2)巷道两帮在垂直应力作用下挤压底板，使底板受水平应力作用向巷道内鼓起； 3)底板岩层的流变性导致底鼓量随时间延长而增加； 4)巷道底板出现拉应变； 5)两帮下沉而导致底鼓； 6)水对底板的作用。 2 巷道底鼓成因 引起巷道底鼓的主要原因有：构造应力、水的影响、弹性变形。 构造应力的基本特点是以水平应力为主，具有明显的方向性和区域性。水平应力是影响巷道底板鼓起、两帮内挤的主要因素。在软岩和厚煤层中，底板岩层在水平应力作用下与形成褶曲构造相类似，向巷道空间鼓起。如果底板岩层呈粘一塑性变形， 底板岩层则进入蠕变状态，此时高水平应力是造成底板岩层破坏和强烈底鼓的主要原因。 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。在水的作用下，岩石整体连结强度降低，使岩层的节理、层理和裂隙形成滑移面，使岩石丧失强度。 弹性变形对巷道底鼓的形成：1)围岩弹性变形，当围岩中的应力低于围岩的强度时，围岩只产生弹性变形而不产生破坏。在巷道底鼓不进行支护，底板有积水和来往车辆的震动等因素的影响下，底板岩层的破碎范围继续加大，而巷道两帮岩柱在上部岩石压力作用下，促使底板岩石产生滑动，挤向巷道空间。2)岩石被破坏变形，由于巷道周边的应力大于围岩的强度，因此在巷道掘进后随着时间延长，在巷道周边形成一个破坏区使岩石膨胀，尤其是在岩石强度低的情况下，这种变形更为明显。 3 巷道底鼓主要形式 底鼓的基本形式根据国内外有关底鼓资料的综合分析，巷道底鼓大致可以分为三类： 1)遇水膨胀性底鼓——由于岩质变态膨胀产生的底鼓。多发生在矿物成分含蒙脱石的粘土岩层，膨胀岩是与水发生物理化学反应，引起岩石含水量随时间而增高且体积发生膨胀的一类岩石，属于易风化和软化的软弱岩石。工程中遇到的膨胀性岩石有两种：一种是化学转化膨胀岩石，另一种膨胀岩石是指含有强亲水性粘土