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回采巷道底鼓特性及其整治方案

2014-10-21 20:10:18李中勝
地球 2014年12期
關鍵詞:底鼓

李中勝

[摘要]針對我國煤炭開采過程中,回采巷道底鼓現象的特性研究,探討底板巖層鼓入巷道的方式及機理??偨Y巷道底鼓現象的防治措施:(1)底板錨桿;(3)底板注漿;(2)巷道底板開卸壓槽(孔)。

[關鍵詞]回采巷道 底鼓 底板錨桿 卸壓

[中圖分類號] TD263 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2014)-12-4-1

1引言

隨著我國地下煤炭的開采,近些年來煤炭開采逐漸走向深部,進而地應力相應增大,巷道底鼓問題日趨嚴重,從而暴露出很多影響煤礦安全生產的問題[1]。底鼓是煤礦井巷中經常發(fā)生的一種動力現象。巷道掘進后,圍巖由三向應力狀態(tài)轉變?yōu)槎驊顟B(tài),在復雜的集中應力影響下,底板巖層拉伸破壞形成底鼓。大量實測數據表明,巷道變形大約有2/3體現為底鼓。底鼓的主要危害是縮小了巷道斷面,致使行人、運輸、供排水、井下通風等都受到影響,因底鼓而造成巷道報廢的現象也時有發(fā)生,嚴重影響了礦山的安全生產。因此,研究巷道底鼓的機理、預測方法及防治措施等問題,對于我國深部資源開采,建設高產高效礦井,提高人員安全保證有著重大的理論意義和實際應用價值。

回采巷道的底鼓主要發(fā)生在工作面回采期間,是主要由工作面超前支承壓力等原因而誘發(fā)的巖層運動?;夭上锏朗欠竦坠募暗坠牡膹娙跖c底板巖層的應力分布有關,而底板巖層的應力分布除了與本身的力學特性有關外,還與兩幫、底板及頂板的力學特性有關。眾所周知,當水平應力垂直于巷道軸線時,巷道最不利于維護,這個因素設計者已考慮到這一點,但地應力往往比較復雜,尤其是局部的應力集中,再加上回采時的擾動,應力狀態(tài)在局部區(qū)域常常發(fā)生變化,所以采取避開高應力區(qū)布置巷道,條件有時是不允許的。另一方面由于開采系統(tǒng)的綜合布局,不可避免的有一些巷道與最大水平主應力的方向垂直或斜交[2]。所以要針對實際情況,采取主動的控制,而不是被動地去適應。

我省礦井絕大多數礦井巷道有底鼓現象,因其安全隱患遠低于頂板事故,所以往往被人忽略,生產中發(fā)現產生底鼓,只好被動地采取掘底,甚至進行二次或三次掘底以滿足生產需求,尤其是皮帶運輸順槽,在回采動壓的作用下,巷道底鼓更為嚴重,直接影響皮帶的運輸,采取的措施就是停止生產,掘底重新安裝皮帶架,雖然造不成事故,但嚴重影響生產效率。

2底板巖層鼓入巷道的方式及機理

引起巷道底鼓的因素很多,其中影響最大的有底板巖層性質、圍巖應力、水理作用、支護強度、采動壓力、頂底板采空情況等[3]。其形式主要有:

(1)擠壓流動性底鼓。通常發(fā)生在直接底板為軟弱巖層(如粘土巖、煤等),兩幫、頂板比較完整的情況下,在兩幫巖柱的壓模效應和遠場應力的作用下,整個巷道都位于松軟破碎的底板巖層向巷道內擠壓流動[4]。

(2)撓曲褶皺性底鼓。通常發(fā)生在巷道底板為層狀巖石,其底鼓機理是底板巖層在平行層理方向的壓力作用下,向底板臨空方向撓曲而失穩(wěn),底板巖層的分層越薄,巷道寬度越大,所需的擠壓力越小,越容易發(fā)生撓曲性底鼓。

(3)剪切錯動性底鼓。主要發(fā)生在直接底板,即使是整體性結構巖層,但在高應力作用下,巷道底板也易遭到剪切破壞,或者在巷道底角產生很高的剪切應力而引起楔形破壞[5]。

3巷道底鼓的防治措施

(1)底板錨桿

要求底板巖層具有較好的完整性,如果底板巖層破碎,錨桿將失去錨固作用,因此在使用底板錨桿前首先要對巷道進行評價。同時,巷道底板巖石對水的敏感程度也很重要,這包括了頂板淋水和施工用水,當底板巖層遇水泥化,則要考慮用干式打眼或懸浮劑沖洗鉆孔的方法。

巷道底板錨桿的形式,應根據巷道服務年限、用途和生產條件選定。底板錨桿的長度應能穿過全部底鼓的巖層,錨桿的尾端應在底板以下0.6—0.8m,這樣做的好處是,必要時還可以臥底。為了充分發(fā)揮錨桿對底鼓的作用,同時考慮到現場打眼的方便,底板錨桿應按圖布置,當底板為砂頁巖時,錨桿密度不應小于1根/m2。當巖層破碎時,應適當加大錨桿的密度,排距一般為0.8—1.2m,當底板巖層間連結強度較低時,錨桿的排距應在1m以下。

(2)底板注漿

底板注漿一般用于加固已破碎的巖石,提高巖層抗底鼓的能力。當底板巖石承受的壓力超過巖體本身的強度,產生裂隙和裂縫時,應采用注漿的辦法使底板巖層的強度提高,達到防治底板底鼓的目的。

由于所選擇的注漿形式、注漿材料、注漿壓力和注漿時間長短不同,巖層中的裂隙可能全部或部分被粘合,當注漿壓力高于圍巖強度時,就產生新的裂隙并有漿液滲入。注漿的作用可分為三種情況:

①注漿只起到部分效果,即注漿后重新結合的強度只比巖石產生離層、裂隙后的殘余強度稍高。產生這種情況的主要原因是注漿壓力太低,注漿液濃度太大,或注漿鉆孔的布置不合理。底板注漿后對減少底鼓有一定的效果,但不顯著。

②注漿后破碎的巖石全部被加固,在巖層中極微小的裂隙也被粘和起來。注漿后巖層的結合強度與原始強度相等。在這種情況下,底板注漿起到了顯著的效果,巷道底鼓量明顯減少。

(3)巷道底板開卸壓槽(孔)

在巷道底板開槽,不僅使支承壓力峰值向深部轉移,降低應力集中;卸壓槽還為巷道圍巖變形提供的補償空間,從而使巷道圍巖變形量減小。通常采用垂直切槽防治底鼓,卸壓效果主要取決于卸壓槽的寬度b、深度h、對于中硬巖層,槽寬b=200—300mm,對于軟巖層b>200—300mm。

當切槽深度h小于巷幫到切縫的間距a,即a/h>1時,開槽后的底板視作從卸壓槽下方受到橫向載荷p作用的巖石懸梁,承受彎曲應力,巖石抗彎強度小,底板上翹,甚至下面巖層向上斷裂。巖層受剪力作用,當a/h<1時,巖石抗剪強度一般大于抗拉強度,巖石底板穩(wěn)定。

參考文獻

[1]韓華鋒等.對巷道底鼓機理及防治技術的探討[J].中國科技博覽,2011年26期.

[2]張馳等.深部開采中軟巖巷道的支護形式[J].煤炭技術,2007年8期.

[3]張純如等.回采巷道底鼓防治及其機理研究[J].黑龍江科技信息, 2011年13期.

[4]趙偉等.巷道底鼓的防治[J].煤炭技術,2007年9期.

[5]秦磊等.清水營煤礦+1065水平巷道底鼓作用機理及防治研究[J].神華科技,2010年4期.

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