巷道底鼓分析及控制

２００８年第９期煤炭工程巷道底鼓分析及控制黎开勋，党昌志（贵州水城矿业集团公司，贵州六盘水５５３００１）摘要：文章综合国内外关于巷道底鼓现象的资料，详细阐述了对巷道底鼓的分析和认识，介绍了常见巷道底鼓的类型，结合贵州水城矿区大河边煤矿的实际，提出了预防巷道底鼓的对策和措施，经过现场的实践检验，证明具有很好的效果。关键词：巷道；底鼓；回采中图分类号：ＴＤ３２２＋．１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—０９５９（２００８）０９－００５１－０２底鼓是煤矿井巷中常发生的一种动力现象，它与围岩①前苏联的Ｍ．ＪＩ．兹包尔什奇克等认为：巷道底板岩层突的性质、矿山压力、开采深度及地质构造等直接相关。底然鼓起是由于底板中塑性层对下部移动的阻力，以及底板鼓使巷道变形、断面变小，影响通风、运输，制约矿井安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全生产。多年来，人们提出多种治理底鼓的方法和措施，能释放的结果造成；②德国的Ｍ．奥顿哥特运用相似材料模但效果不明显，这主要是对巷道底鼓的分析和认识还不够拟实验研究了巷道底鼓的全过程，他认为巷道岩层的破坏深入，以至很难从根本上治理巷道底鼓，因此，除“一通顺序为：首先是两帮岩层由于垂直应力作用被压裂，之后三防”、顶板管理外，对巷道底鼓的分析和治理，在煤矿生是巷道顶板由于水平压力的作用向巷道间鼓出，其中较先产中也是我们从事煤炭工作技术人员的一项重点工作。破坏的是直接底板岩层；③我国康红普经过分析计算得出１对巷道底鼓的认识结论，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、何正关于巷道底鼓，国内外许多专家提出了不同的看法：昌通过实测和研究认为，巷道底鼓由两帮岩柱传递顶板压驴驴矿护驴护妒护驴矿驴妒、护驴妒矿矿护护驴护妒妒驴驴妒驴妒妒妒护护护妒护护护妒酽护泸护护泸妒、８，ｏ放的抽放泵为１４采区井下抽放泵，为２台２ＢＥＣ一４２型的４．４总体瓦斯抽放效果分析水环真空泵，流量１２６ｍ３／ｍｉｎ，真空度１６ｋＰａ，转速该面原始瓦斯含量８—１２．１１ｍ３／ｔ，平均１０．１ｍ３／ｔ，残３９０ｒｐｍ，功率１６０ｋＷ。存瓦斯含量１．５～３．Ｏｍ３／ｔ，平均２．３ｍ３／ｔ，绝对瓦斯涌出量４瓦斯抽放效果考察７．７—１１．６ｍ３／ｍｉｎ，平均９．７ｍ３／ｍｉｎ，各种抽放方法抽出瓦斯纯量４．８ｍ３／ｍｉｎ，其中本煤层顺层孔和浅孔１．７ｍ３／ｍｉｎ，４．１本煤层瓦斯抽放效果占绝对瓦斯涌出量的１８％，上拐角埋管和高位钻孔２．１ｍ３／上下巷本煤层顺层倾向钻孔和工作面浅孔钻孔经上下ｍｉｎ，占绝对瓦斯涌出量的２２％，抽排风机１．０ｍ３／ｍｉｎ，占巷本煤层抽放管路并联后瓦斯抽放参数检测，瓦斯浓度在绝对瓦斯涌出量的１０％，风排瓦斯量平均降到４．９ｍ３／ｍｉｎ，２％～５％的范围，流量４５～５０ｍ３／ｍｉｎ，瓦斯纯量０．９—配风量１２５０ｍ３／ｍｉｎ，风排瓦斯浓度平均降到０．３９％，解决２．５ｍ３／ｍｉｎ，平均瓦斯纯量１．７ｍ３／ｍｉｎ。了上拐角、工作面、回风流的瓦斯超限问题。４．２上拐角埋管和高位钻孔瓦斯抽放效果５结语经上巷上拐角埋管和高位钻孔瓦斯抽放参数检测，瓦新安煤矿１４１５１综采工作面采取上拐角埋管抽放、低斯浓度在１．２％～５．６％的范围，流量４９～６６ｍ３／ｍｉｎ，瓦斯位钻场高、低位钻孔抽放、高位钻场高位长钻孔抽放采空纯量０．６～３．６ｍ３／ｍｉｎ，平均瓦斯纯量２．１ｎ１３／ｍｉｎ。区瓦斯、上下巷本煤层顺层倾向钻孔预抽煤层瓦斯、边采４．３抽排风机瓦斯抽放效果边抽钻孔、工作面浅孔抽放、抽排风机抽放上拐角瓦斯等经瓦斯检查员人工检测，排放口瓦斯浓度在０．５％一瓦斯综合抽放技术，通过综合抽放，取得了较好的瓦斯治１．１％的范围，风量１２０ｍ３／ｍｉｎ，瓦斯纯量０．６～１．３ｍ３／理效果。其瓦斯综合抽放技术可供类似条件的煤矿借鉴。ｍｉｎ，平均瓦斯纯量１．Ｏｍ３／ｍｉｎ。（责任编辑潘启新）收稿日期：２００８—０２—１９作者简介：黎开勋（１９５７一），男，贵州湄潭人，工程师，现任贵州水城矿业集团公司副总工程师，从事煤矿开采技术及安全管理工作。５１　煤炭工程２００８年第９期力开始，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。２巷道底鼓分析现以水城矿区大河边煤矿为例，并结合现场实践观测，提出对巷道底鼓的分析。２．１矿井概况大河边煤矿于２０世纪６０年代末建成，７０年代初投产。现已开采到＋１３１７ｍ水平，距地表垂深超过５００ｍ，井田内地质构造较为复杂，围岩多以泥岩和泥质砂岩为主，遇水极易膨胀。在回采期问，各主干石门及回采巷道均有不同程度的底鼓变形。２．２底鼓分类２．２．１回采巷道底鼓以１１４煤层回采巷道底鼓进行分析，１１。煤层厚２ｍ，煤层倾角平均２６。，顶板为凝灰岩，厚８ｍ，属Ｉ类顶板，底板为泥灰岩，厚３ｍ，遇水极易膨胀，巷道断面形状为不规则四边形，支护形式为锚杆＋ｗ钢带，设计断面为上宽３．４ｍ，中高２．３ｍ，下宽４ｍ。其巷道变形特点为两帮向内挤压，底板隆起，在掘进期间，每间隔ｌＯｄ就要对巷道卧底一次，平均每天底板鼓起达２０—５０ｍｍ，在回采期间，平均每间隔５ｄ就要卧底一次，平均卧深２００ｍｍ，否则无法满足生产的要求。２．２．２主干石门巷道底鼓各区段石门巷道变形主要集中在煤系地层带及地质构造带，以北采区＋１３１７运输石门为例，设计断面形状为半圆拱，锚网喷支护，宽３．６ｍ，高３．６ｍ，该石门于２００１年施工完毕并投入使用，一年后，巷道开始变形，主要为顶帮破裂脱落，向内挤压，底板向上鼓起，平均每年均要修复卧底３—５次方能维护正常生产，到２００５年，煤系地层带巷道断面已变形到不足１ｍ２，只得对巷道进行彻底大修，通过测量校核，该石门底板增高了２ｍ多（与施工初期相比）。该石门上覆煤岩层及周围地质情况，在该石门西翼有落差达４ｍ的断层，以至于各层煤在回采时均未进行跨采，留设了煤柱。２．３底鼓分析１）在开巷后，由于围岩的“本构关系”即应力一应变关系发生变化，破坏了原有的应力平衡，围岩应力变化造成巷道底板、两帮岩层卸载产生了弹塑性变形向巷道内鼓起。２）水理作用。在掘进或使用过程中，由于岩层自身含水及施工用水，使底板岩层遇水后体积膨胀，使围岩强度５２　降低，塑性增大，以至底板向上鼓起。３）支护强度也是影响底板鼓起的因素，一些巷道支护只注重巷道顶板，未对底板进行任何有效的支护。在巷道的支护上，一般均采用锚网喷及各种钢性支架有效地对巷道顶帮进行支承，底板未进行支护，而各种支护要承受住来自其周围的压力，为使其不被破坏，只得将各种受力向未进行支护的底板即弱面（自由面）进行传递，体现在顶板下沉，钢性支架下钻底板，破坏了底板原有的应力平衡，以至底板向有空间的巷道内隆起，造成巷道鼓底。１１ｖ煤层及各石门的底鼓即是这样。４）巷道设计布置也是影响巷道底鼓（破坏）的因素，尤其是地质构造带及煤柱留设的是否合理以及应力集中区的存在，容易造成巷道底鼓破坏。３巷道底鼓的对策及控制通过对巷道底鼓的分析，结合底鼓的特点，并查阅国内外各种控制底鼓措施，提出治理措施如下：１）在设计上尽量将巷道布置在远离地质构造带或应力集中区域。２）控制施工期间的用水，将各种汇集水进行集中排放，减少水对巷道围岩的侵蚀。３）在巷道断面设计上，从经济角度出发，充分考虑巷道的变形量，力求最优化。４）回采巷道在布置上优先选择沿空留（送）巷，如不能沿空留（送）巷的，要充分分析受力情况，留设合理的煤（岩）柱，通过实践，大河边煤矿煤柱留设一般在（倾斜方向）２０～２５ｍ之间，如已回采的原４１３２Ｎ里下工作面回风巷和４１１３Ｓ外工作面回风巷，其煤柱留设（倾斜）分别为２２ｍ和２４ｍ，在掘进及回采期间，巷道底鼓变形得到了控制（和未留设煤柱的同一煤层相比），减少了卧底修复量。４结论通过对巷道底鼓的认识和分析，并掌握巷道底鼓的特点和了解影响巷道底鼓的原因，结合矿井的自身特点，在煤矿生产中有助于在设计及支护上更好的控制巷道底鼓，减少巷道破坏变形，保证安全生产。参考文献：［１］王卫军，候朝炯，冯涛．动压巷道底鼓［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００３．［２］张学言．岩土塑性力学［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９３．（责任编辑潘启新）