巷道底鼓防治技术是什么?关于巷道底鼓防治技术的详细介绍

创闻科学2020-11-18 00:42:46

底鼓是软岩巷道的重要特征之一。实际工程中,软岩巷道的底鼓多为几种类型的复合型。无论何种类型底鼓,其压力类型都属于变形地压,压力大小都与围岩特性、支护有关。底鼓引起巷道围岩变形,收缩破坏乃至冒落,给巷道维护带来困难,不利于安全生产,增加了维护费用。因此,如何经济有效地治理底鼓,是巷道工程中迫切需要解决的问题。

底鼓防治原则针对性原则

防治中应根据不同巷道的底鼓机理采取不同的防治措施,不可千篇一律。

以防为主,以治为辅

应优先采用防治水措施,作为杜绝底板膨胀的对策。尽可能采用全封闭或卸压法,以改

善底板应力状况。

统筹兼顾,综合治理

在治理底板时,同步考虑顶、帮的治理,治水和抗压综合考虑。

防治水措施

巷道中的渗水、含水层涌水施工用水造成的积水等都为井下水的主要来源,它是巷道底鼓的主要根源之一。因此,防治水是解决巷道底鼓的重要治本措施。治水方法不能单一,要疏、封、堵、吸、管和泄等相结合,进行综合治理。

疏干

包括钻孔预疏干和集水小井疏干两种办法。疏干效果取决于底板岩石的渗透性。集水小井疏干法,沿巷道轴向每5~10m挖一个疏干小井,深人底板0.8~1.0m,直径600mm左右。用预制带孔的钢筋混凝土管护壁,并埋过滤层,以防泥沙涌人。小井附近的底板水可沿降水漏斗流人井内。定期用泵将集水排人水沟,使底板表面及附近围岩处于干燥状态。

封水

对膨胀型软岩底板.在巷道开挖后,立即用喷浆或混凝土封闭,以避免底板遇水膨胀,还可防止岩石弱化。

堵水

底板水较大时,可采用注浆进行堵水。注浆包括巷道超前预注浆和底板注浆两种方法。此外,底板注浆堵水还可起到加固底板的作用。

吸水

在碹体反拱下铺100mm厚的生石灰垫层,可以吸收底板水分,并使自身固化,形成有一定强度的隔离层。石灰中钙离子与蒙脱石的钠离子发生交换,使部分钠蒙脱石转化为钙蒙脱石,减弱岩体的膨胀性。

管水

软岩巷道中一定要加强施工用水的管理,防止水管滴漏。工作面做小水窝以收集钻孔、喷浆用水;防尘洒水地点要做好集水坑。

泄水

必须保持巷道的水沟畅通无阻,适当加大水沟断面并保证有足够的流水坡度。也可用预制封闭式水沟,每隔10m安设一个活动检查盖板,以便于清理。

卸压措施

巷道卸压传统做法是:在软岩巷道底板切缝或爆破,使底板处于应力降低区内,将集中高应力转移到围岩深部,从而保证底板的稳定。但是,软岩巷道底板岩性松软,切缝和爆破均会加剧底板的破坏、易于水的浸入,不易达到预期效果。

比较有效的卸压方法是:在巷道两帮打3.5~4m深钻孔进行爆破卸压,使两帮高应力向深部转移,相应地也带动了底板高应力转移,还可阻止应力降低区内岩石的塑性变形。该方法现场操作简单,易于实施。

在高应力软岩矿井开挖重要硐室工程时,可在其顶、底、帮附近开挖卸压巷道,使高应力向深部转移。

在极高应力软岩巷道施工时,可在两侧平行开挖二条卸压巷道,以保证中间主要巷道处于应力降低区内。

支护措施

1)底板锚杆支护

底板锚杆可加固岩石形成加固圈,提高底板稳定性,防止底鼓,是简单、可行的方法。

①向底板打垂直孔困难,可根据底板剪应力分布情况,布置底板锚杆中间稀、两侧密,使两侧锚杆与底板呈60°~75°。

②巷道两底角布置45°叉角锚杆,尽量加长。叉角锚杆加固了底板,减少两帮压力对底板的影响。有的软岩巷道利用叉角锚杆减缓底鼓。

③底板锚固前应先将巷道顶和帮加固好,否则,两帮鼓出或片帮会加剧底鼓。

2)封闭式支护

用圆碹、反拱、弧板和底梁等结构均能治理底鼓。为使底板支护具有一定让压性能,可适当滞后底拱的施工时间;或在底拱、底弧和底梁两端垫木板形成铰接接头。在严重底鼓的软岩巷道,也可用锚喷加底拱或底弧等联合支护,实现封闭式支护治理底鼓措施。

3)注浆加固

底鼓严重的永久性主要巷道,可用注浆加固底板。注浆材料视岩石渗透性而定,一般用单液水泥浆和双液水玻璃水泥浆。治理底鼓的重点是巷道底角附近的岩体。治理松散易垮落的软岩,则可沿巷道岩壁打眼注浆。

4)加固巷道帮角支护

一般沿煤层掘进的巷道,两帮煤层的强度通常较巷道顶、底板岩层强度低。理论分析及有限元数值计算研究说明,在开巷后二次应力的作用下,围岩塑性区首先产生在强度最低的两帮和应力集中程度最高的角部,随着帮角塑性区的发展,其他部位的塑性区也逐渐发展,但最终仍以帮.角的塑性区为最大,见图3。

围岩塑性区产生以后,其范围大小对巷道围岩变形量与底鼓量影响最大。煤帮和底板围岩塑性区大,破碎区也大,由此而产生的围岩塑性变形、黏塑性流动、体积膨胀变形及底鼓量也就愈大。

在工作面回采引起的集中应力作用下,巷道两帮煤岩层将会受到压缩,从而产生岩层的附加压缩变形量。巷道两帮的压缩下沉,加剧了围岩塑性破坏和体积膨胀。同时也压缩了底板,使底板产生破裂、滑移,底鼓剧烈;两帮压缩下沉量越大,巷道底鼓量越大。

为了控制巷道变形与底鼓,开巷后应尽早加固强度较弱的煤帮和角部部位,主要是底角,其作用是

(1)减弱巷道角部应力集中程度,在两帮及角部形成自承能力较高的承载拱以控制两帮和底角围岩塑性区的发展。

(2)提高巷道两帮与角部(尤其是底角)围岩的自承能力,减少两帮的塑性变形。

(3)通过加固巷道帮、角,减少由于两帮破裂围岩压缩下沉所造成的底鼓、体积膨胀量、顶板的破裂和离层,从而减少巷道底鼓和顶板下沉量。

计算机数值模拟、相似材料模拟及若千工程实践表明,开巷后及时加固巷道软弱的帮、角围岩,能有效控制帮、角围岩塑性区的发展和松动破裂围岩的体积膨胀,这一技术措施,不仅能显著地控制巷道底鼓,也能显著控制巷道两帮围岩移近。加固两帮,既提高了煤层的自承能力,又可以有效地控制顶板下沉,从而全面控制巷道围岩变形。所以,相对于加固巷道其他部位来说,加固巷道帮、角可取得控制巷道围岩变形与底鼓的最佳支护效果。

5)锚索调动深部围岩强度

软岩巷道的底鼓多是因为顶板上覆岩层的压力通过两帮传递到底板而引起的,利用锚索支护技术,将上覆不稳定岩层悬吊到深部稳定岩层,利用深部围岩强度减小传递到底板的上覆岩层压力,从而避免或减轻底鼓的发生。