摘要：目前我国经济发展十分快速，各行各业都在十分快速的发展，煤矿的深度开采中，地质条件十分复杂，巷道的稳定建设技术难度日益提高，深部巷道维护也十分困难。很多现场调查证明，煤矿的深部开采发生的底鼓问题中，巷道围岩的变形量是主要的组成部分。煤矿的深部开采中，地质条件十分复杂，很多人对底鼓治理的机理认识不是很清楚，导致了底鼓的治理效果不是很好。本文对深部开采的底鼓问题进行了研究和分析。
键词：煤矿巷道；底鼓治理；底鼓机理；影响因素
引言
深井软岩巷道由于其地应力大，容易受水、风，超前支承压力、机械扰动等作用极易发生底鼓。底鼓是矿井巷道中常发生的一种动力现象。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，目前多数还是由于底鼓引起的。这类问题给深采矿井，特别是软岩矿井的建设和生产带来极大困难。因此底鼓治理问题对于我国建设高产高效矿井，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深井软岩巷道底鼓分类
1.1应力型底鼓
由巷道围岩压力促使巷道底板变形破坏而引起的，当巷道底板岩层完整度较差、硬度较低时，在掘进过程中巷道周围形成的松动圈会相应增大，促使巷道两帮的应力向着岩体深部转移，这时的巷道底板在强大的远场地应力挤压作用下，低强度破碎巷道底板岩层向巷道内变形产生底鼓。
1.2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。
1.3塑性挤出型底鼓
岩壁或刚性衬砌在上部压力下插入底板或挤压底板造成跨中隆起的底鼓。通常发生在直接底板为软弱岩层（粘土岩、煤等），两帮和顶板比较完整的情况下。在两帮岩柱的大规模效应和应力的作用下，整个巷道都位于松软破碎的底板岩层向巷道内挤压流动。
2底鼓机理和底鼓原因
2.1底鼓原因分析
底鼓的影响因素非常多。结合实例分析得出：底鼓的原因主要有原岩应力、围岩岩性、水理作用、支护强度等。1）原岩应力。煤矿的巷道应力在达到相应的程度时，巷道的底板将被破坏。巷道原岩的应力越大，底鼓问题就越是严重。在巷道原岩处于高应力状态的时候和受到两侧的工作面影响的时候，深部巷道的底板应力二次集中，直接使巷道底板被破坏。2）围岩岩性。通常情况下，围岩的岩性是导致巷道底鼓的主要原因之一。一方面由于巷道围岩的岩性比较脆弱，抗变形能力差；另一方面巷道是行人、通风、运输的必经之路，经年累月地使用使得围岩的岩性变差，这是导致底板下的岩体破碎松散的直接原因，非常容易产生底鼓现象。3）水理作用。膨润土（高岭石、伊利石、蒙脱石）是煤系地层中伴生的黏土矿物，含有黏土矿物的岩层亲水性强，一方面岩层遇水后矿物与水结合使原本致密的岩石结构活化，导致岩层强度急剧降低，另一方面岩层遇水后，水分子与黏土矿物颗粒结合发生膨胀变形，体积增大。如葛泉矿-190南翼大巷泥岩中黏土矿物含量高达84%-92%，曾经发生较大底鼓。4）支护强度。巷道内的原岩支护结构是普通的支护结构，而且底板是没有支护保护的，是一种无支护的状态，这样的情况下，底板的承载性能低下，会直接导致深部巷道的高应力和变形，底鼓的问题将会变得越来越严重。
2.2底鼓治理的机理探讨
底鼓治理的机理一般有四种类型，一是遇水膨胀性底鼓，二是挤压流动性底鼓，三是剪切错动性底鼓，四是挠曲褶皱性底鼓。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实例证明，深部巷道的底鼓一般是梯形或者是倒三角形。在底板无支护状态和巷道原岩处于高应力状态下时，底板下面的岩层将会直接产生剪切破坏的现象。之后底板出现的裂缝和间隙现象逐渐严重，水理的作用会使得底板的破坏异常严重，由于顶板和两帮的受力状态不一样，两帮和顶板的受力状态强度也远远高于底板，促使底板产生挤压流动的现象。所以，深部巷道的底鼓问题一般是挤压流动型和剪切错动型。
3深井软岩巷道底鼓治理措施
巷道是由顶板、底板、两帮组成的复合结构体，结构的各部分在矿山压力作用下受力状态不同，其围岩性质也存在较大差异，因而巷道顶、底、帮的稳定状态存在明显的结构特征。有效控制底鼓可归纳为两方面：一是防止底鼓，即采取措施将底鼓量减少到允许范围，如加固法、卸压法、联合法和加固巷道帮、角；二是清除底鼓，将巷道已发生底鼓的部分岩石清除，恢复巷道断面积。清楚底鼓措施常常需要反复进行，不仅增加了出矸量，浪费了大量的人力物力，使巷道的维修成本增高，而且还不能完全制止底鼓，严重影响矿井的正常生产与安全。在此，主要介绍底鼓治理的方法。
3.1联合法
联合法即将加固法与卸压法的技术联合起来，一方面利用卸压法将巷道周边（特别是底板）的应力向围岩深部转移，降低围岩的应力集中系数，另一方面采用支护加固法对巷道围岩进行支护和加固，提高围岩的整体强度和自支承能力，并给予一定的支护力。此法适合应力集中程度大、底鼓严重的情形。
3.2巷道底板岩层破坏演化及应力分布规律
因巷道底鼓影响因素较多，目前对于巷道底鼓发生机理认识不统一，随着西部矿区的开发和矿井向深部延深，带来了更加复杂的开采地质条件，迫使我们必须重视研究新形势下巷道底鼓发生机理。以往巷道底鼓机理研究一般以弹塑性力学为基础，而深部岩石的非线性大变形、突变性等特点要求学者应用流变力学、突变理论等多学科综合知识，解释巷道底板岩层应力演化的跳跃性，随时间的持续变形等问题，从根本上搞清楚围岩破坏与应力状态之间的时空作用关系。
3.3加固法
加固法通过提高底板围岩强度或提高对底板围岩的支护力来达到控制底鼓的目的，是一种最常用的底鼓控制方法。对巷道底板或两帮围岩加固，提高围岩的强度在一定范围内，减少底鼓。常用强化封闭框架、地面注浆加固方法，底板加固法等。其中，封闭控制底鼓可分为两大类：刚性支承，如圆形金属支架、钢筋混凝土环支架；可缩性的支持，如金属圆形，马蹄形状和圆形支架等。
3.4巷道底鼓预防与治理
巷道底鼓治理大多表现为滞后性，即巷道底板破坏至不能正常使用时才着手治理，这时巷道底板破坏岩层完全失去了承载能力，其实质是进行巷道修复而非控制，造成工程量大和影响巷道正常使用等问题，故何时采取措施控制底鼓、采用何种技术控制底鼓是急需解决的技术难题，而这部分问题又与正确认识底鼓发生机理密切相关。
结语
巷道底鼓因其影响因素较多、发生机理复杂是煤矿一直没有彻底解决的世界性难题，随着开采强度增大、开采深度增加、巷道断面增大、地质条件越来越复杂，巷道底鼓问题越来越严重。而底鼓的根本原因就是应力-围岩间相互作用关系，底鼓形成-底鼓治理是应力扰动作用下巷道底板结构的失稳-稳定-失稳过程。因此，巷道底鼓机理的研究是后续底鼓控制的基础和实现有效治理底鼓的关键。
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论文作者:孔祥军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：巷道论文; 底板论文; 围岩论文; 应力论文; 岩层论文; 机理论文; 深部论文; 《基层建设》2018年第6期论文;