引言底鼓、冒頂及側突是巷道發生變形破壞的三種主要表現形式。大量實測資料表明,巷道變形破壞大約有2/3是由底鼓引起的。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,嚴重影響礦山的安全生產。
因此,研究巷道底鼓危害及其影響因素,做出合理的防治措施,提高作業人員安全環境,有實際應用價值。
1.巷道底鼓的危害
長期以來,控制巷道底鼓一直是礦井維護的重大問題之一。隨著開採深部增加,回採巷道底鼓越來越多,給生產和安全帶來了四個問題:
(1)底鼓造成運輸軌道隆起,給運輸帶來安全隱患;
(2)底鼓造成巷道通風斷面縮小,風阻增加,風速時常超限,嚴重影響通風
安全;(3)底鼓造成巷道維護消耗大量人、財、物、多次起底滿足生產需要;
(4)底鼓造成巷道支架失穩。
為此,研究解決回採巷道底鼓影響安全生產問題成為現有巷道支護進行補充完
善的一項很重要的工作。
2.影響巷道底鼓的主要因素
研究表明,底板岩性、圍岩應力、巷道斷面和形狀、巷道積水、支護強度等,都是影響巷道底鼓的主要因素。
2.1底板岩性
巷道中,底板岩層的強度和結構狀態對巷道底鼓起著決定性作用,主要表現在為:底板岩層的結構狀態決定著巷道底鼓的型別;底板岩層的強度、分層厚度和破碎程度決定著地鼓量的大小。
2.2圍岩應力
巷道開挖使得底板岩層區域性和部分解除安裝,隨即將產生彈性恢復。當應力超過岩層的屈服強度時,就會產生塑性變形,軟岩在應力偏量達到一定數值後會產生擴容現象,造成岩石體積增加。巷道開挖後,導致底板岩層區域性區域垂直應力降低,水平應力增加,必然引起應力偏量的增加,因而擴容變形是引起巷道底鼓的乙個重要原因。
2.3巷道斷面和形狀
巷道掘進中,斷面及形狀設計應滿足通風、運輸、行人等安全要求。開挖面積過或形狀不同將引起巷道收斂變形造成巷道底鼓。
2.4巷道積水
底板岩層含水,水的存在和對岩石的浸泡作用將導致岩體強度的減弱,浸水後的巷道底板往往產生嚴重的底鼓,一般表現為三個方面:
(1)底板岩層浸水後,其強度降低,從而史容易破壞;
(2)泥質膠結的岩層,浸水後易破碎、泥化、崩解,甚至強度完全喪失;
(3)當底板岩層中含有蒙脫石、伊利石等膨脹性岩層時,浸水後會產生膨脹性底鼓。
因此,巷道積水問題的治理是控制巷道底鼓的重要環節;巷道底板通常處於敞開不支護狀態是巷道底鼓量大於頂板下沉量的主要因素。尤其是遇水崩解或膨脹的粘上岩和泥質岩層,底板及時支護和封閉是控制底鼓的根本措施。
2.5支護強度
巷道底板通常處於敞開不支護狀態是巷道底板量大於頂板下沉量的主要因素。尤其是遇水崩解或膨脹的泥質岩層,底板的及時支護是控制底鼓的根本措施。3.主要治理措施
對巷道底鼓的防治總體上可概括為加固法和卸壓法兩大類。加固法主要有底板錨桿、底板注漿、角錨、反拱等;卸壓法主要有底板叨縫、底板鑽孔、底板鬆動爆破、兩幫切槽、頂部卸壓槽等。錨桿支護作為一種行之有效的支護方式已廣泛應用於煤礦開採等地下工程的維護領域。
在適當的條件下,它對巷道圍岩有良好的控制效果。底板錨桿能否有效地控制軟岩巷道底鼓,主要取決於底板岩層性質和底鼓的型別,永川煤礦主要採取以下措施防治底鼓。
(1)提高底板圍岩的強度。使用合格的支護材料、打底板錨桿、底板注漿加固等。
(2)治水防底鼓。正在施工或回採的巷道水比較多,必須及時疏通,盡量保證巷道內不積水。
(3)加固巷道幫、角控制底鼓。一般沿煤掘進的巷道,兩幫煤層的強度比頂底板低,一般巷道塑性區發生在兩幫和角部,其範圍大小對巷道的變形和底鼓的影響最大。所以巷道開挖後要盡量加固兩幫和角部。
通過施工巷道幫錨、角錨、底錨,減少巷道兩幫破裂圍岩壓縮下沉所造成的底鼓、體積膨脹量、頂板的破裂和離層,從而減少巷道底鼓和頂板下沉。
(4)加大巷道斷面。為了不影響巷道使用,通過礦壓觀測資料,設計時在巷道使用斷面的基礎上考慮巷道最大變形量。
(5)反拱。在掘進期間將底板一定範圍內的實底一併掘起,底板卸壓,有效防止底板隆起。
4.效果分析
永川煤礦-37112運輸巷採用錨桿支護加固技術加強巷道底鼓及兩幫的岩石強度,沿巷道掘進方向在巷道地板兩側各施工一根角錨,角度向下45度,排距0.8公尺。
4.1施工角錨前後巷道規格比較
4.2巷道兩側實施角錨成本
(1)錨桿材料費(含錨固劑):34.5元/套;
(2)錨桿安裝工時費:2元/根;
(3)錨桿眼孔施工費:10元/個;
(4)裝置折舊費:2元/根。
每公尺巷道角錨費用總計:(34.5+2+10+2)*2/0.8=121.25元。
4.3巷道臥底處理成本
不施工角錨,採取提前臥底收砂方式處理底鼓,臥底厚度平均按0.5m,寬度平均按3.0m,則巷道每公尺臥底工程量為0.5*3.0=1.5m3。
(1)人工臥底收砂:50元/ m3;
(2)道床調整:11元/m;
(3)裝運費:80元/m;
每公尺臥底費用總計:50*1.5+11+70=161元。
顯然,施工角錨後,巷道高度和寬度在原設計基礎上變形量要小的多。同時在底鼓的巷道兩幫打角錨比臥底收砂的費用要低,角錨施工後,可減少斷面收縮,為安全的生產創造極為有力的技術條件。還可以減少無效的矸砂運輸和排放矸砂造成地面環境汙染。
5.結論
(1)控制巷道底鼓應在掘進初期實施,在對底板控制的同時,對巷道兩幫實施有效控制對提高圍岩的整體支護強度是有很大益處的。
(2)採用錨桿對巷道底鼓實施角錨對加固底板進而提高底板強度,減緩或控制底鼓量是有很明顯的作用和效果的,經濟上是合理的,技術上是可行的。
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