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摘要：随着煤矿矿井开采深度增加，巷道底鼓成为影响正常生产的主要因素。根据神华杭锦能源公司塔然高勒煤矿在巷道底鼓防治工作中的经验及教训，详细分析了巷道底鼓发生的原因以及相关的治理技术措施，对塔然高勒煤矿以及其他矿井的底鼓防治工作具有一定的指导意义。
关键词：巷道底鼓；矿压；膨胀；反底拱；钢制盖板
1 引 言
塔然高勒矿井是神华杭锦能源公司下属首个在建矿井，也是东胜煤田在鄂尔多斯杭锦旗范围内首个深部矿井，是国家发改委于2008年批准立项的神华首座千万吨级现代化立井。塔然高勒煤矿矿建二期工程与三期工程施工过程中井下部分巷道出现不同程度的底鼓现象，影响了巷道的正常使用，导致断面缩小，增大了事故的发生率。后期，为便于井下车辆运输、通风和人员行走，对底鼓地段的主要巷道进行进行一次甚至二、三次的翻修，对顺槽巷道进行起底，额外增加了施工工程量，增加了人力和财力，最终造成生产投资成本增加。底板翻修处理时间长且影响生产。因此，研究塔然高勒煤矿巷道底鼓原因及其其治理等问题，对提高井下作业人员安全保证有着非常重大的理论意义和实际应用价值。
2 巷道底鼓原因分析
巷道底鼓受矿井开采深度、布置方式、巷道断面形状及大小、围岩性质、受力状态等多方面因素影响。
2.1 开采深度
塔然高勒煤矿采用立井开拓，主、副、风井筒设计深度分别为696.9米、612.65米、573米，首采煤层为3-1煤，根据塔然高勒煤矿地质及水文地质补充勘探3-1煤层底板等高线图，3-1煤深度均大于600米，属于深部开采，巷道布置深受地应力影响，较浅部开采矿压明显增大。
2.2 布置方式
塔然高勒煤矿二期工程中的井底车场巷道平行布置中最小巷道中線间距25米（实体护巷岩柱20米）。例如井底车场中的大巷胶带机头硐室配电室与大巷胶带机头硐室平行布置，巷道中线间距25.6米，实体护巷岩柱17.8米。大巷胶带机头硐室配电室先行掘进，巷道采用锚网索+W钢带护板联合支护后，采用添加防水剂与钢纤维的混凝土强度等级C30砌碹，成巷三个月后巷道均为变形、顶板滴水等现象。后期大巷胶带机头硐室综掘机掘进，因其巷道断面尺寸大，位于其南侧布置的大巷胶带机头硐室配电室受采动影响，顶板陆续出现顶板鳞皮、滴水，底板裂缝等现象。待大巷胶带机头硐室掘进完成三个月后，大巷胶带机头硐室配电室顶板裂缝，中部砌碹成块脱落，底鼓明显。
三期工程中试采面辅运顺槽与回风顺槽巷道最小巷道中线间距30米（实体护巷煤柱25m）。巷道均采用掘锚一体机掘进，因两条顺槽巷道开工时间相差，这就使得相邻巷道互受采动影响，顶板所受支承压力通过护巷煤柱间接传递到两条巷道的底板，造成底鼓变形和破坏，底鼓现象持续出现。
2.3 巷道断面形状及大小
巷道断面尺寸较大的比巷道断面尺寸小的更容易发生底鼓现象，但是巷道的断面尺寸是根据实际生产过程中通风、运输、安装等因素综合确定的。这就要求巷道在满足生产需要的前提下，尽量缩小断面。
此外，巷道的断面形状也是影响底鼓的重要因素。一般而言，曲线型巷道断面较折线形巷道断面形状更稳定，底鼓发生的概率相对而言也小。所以在巷道断面形状选择时，在考虑支护方式与类型、开采方式、围岩条件、运输等一系列综合因素后，尽可能选择曲线型巷道断面形状。塔然高勒煤矿井下主要巷道及辅助巷道均采用曲线型巷道的一种，直墙半圆拱形；顺槽巷道及联络巷均采用直线型巷道的一种，矩形巷道。通过借鉴、参观其他矿井，塔然高勒煤矿在矩形巷道断面尺寸基本保持不变的基础上，将矩形断面优化为平顶微拱，即巷道两肩窝直角改为半径1m的圆角，强化薄弱部位，底鼓现象得到一定抑制。
2.4 围岩性质
根据神华集团《内蒙古东胜煤田塔然高勒井田煤炭勘探报告》，塔然高勒井田含煤地层为侏罗系中下统延安组（J1-2y）。塔然高勒煤矿3-1煤层顶板岩性主要为砂质泥岩和粉砂岩，局部为细粒砂岩或粗粒砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩。但由于白垩纪地层的特殊性（主要表现为地层松软，岩层胶结差，易泥化）
据3—1煤层安氏泥化试验结果：小于0.5mm物重在0.53～13.5%之间，小于10?m物重在0.008～0.012%之间。据试验观察：试样在翻转前（加水后）顶板无明显的泥化现象，底板有泥化现象，悬浮液很快发生沉降并出现了明显的澄清层。
塔然高勒煤矿实际生产过程中也验证了此点，3-1煤层底板砂纸泥岩物理特征受水影响较大，由于水渗入，增强了岩体的塑性流变和膨胀流变，得岩体的承载能力明显降低，大大削弱了底板的强度，在高支承压力作用下迫使巷道围岩沿四周向巷道内挤压，在底板薄弱环节形成膨胀和裂缝，造成底鼓。
2.5 受力状态
井下未开掘巷道原本为一个应力平衡状态，在巷道掘进后，煤岩的原岩应力遭到破坏，为寻求再一次的平衡原岩应力将重新分布，也就会出现煤岩本身力与应力对抗的的情况，当应力分布不均匀、对抗失败时的状态，顶板下沉，片帮，底鼓的现象。为增强围岩对抗力量，此时的主动支护，锚杆、锚索呈现出重大意义，它们形成的群体在不同深度范围内将围岩形成隐形的组合拱，加大了围岩体的整体支撑能力。
塔然高勒煤矿顺槽巷道施工过程中巷道两帮下部两个锚杆安装不及时，一般滞后掘进工作面迎头超过10m，引起两帮围岩松动变形，不能及时有效的形成一个整体，进而由于两帮下部鼓出挤压造成顺槽底板鼓起；而后期尽管补打完整的锚杆，但由于锚杆安装不到位，锚杆外露长度远远超出螺纹长度，造成无法给锚杆施加设计预紧力，致使巷道两帮围岩变形没有得到有效控制，两帮继续移近而加剧对巷道底板的挤压，引起两帮底鼓持续增加。相对有些地段后期补打锚杆安装质量高，两帮围岩得到相对控制，底板出现“人”字和顺着巷道掘进方向的“一”字裂缝。 3 巷道底鼓的治理措施
从塔然高勒煤矿巷道的底鼓原因入手，采取了反底拱、底板加固、铺设钢制盖板等措施。
3.1 反底拱
针对井下永久性主要巷道，考虑实体护巷岩柱小的情况下，对井底车场等候硐室底板采用采用锚网索+W钢带+卵石反底拱混凝土浇筑进行试驗。锚杆为预应力锚杆，锚索预应力锚索，在完成锚网索+W钢带的联合支护后采用卵石填平，混凝土强度等级C30浇筑。试验表明，此种支护后，巷道底鼓不再发生，得到控制，效果较好，但施工难度大，劳动强度大，施工进度慢，费用增加。
3.2 底板支护
在反底拱试验成功的后期，对井底车场底鼓段进行平底支护的试验。对底鼓巷道起底至设计深度后，在平底处进行同样进行锚网索+W钢带的联合支护，效果也较好，底板翻修后巷道均未再出现底鼓现象。
3.3 铺设钢制盖板
设计无砼底板要求的巷道，针对底鼓后反复起底的情况，使用钢制盖板拼接底板是较好的选择。钢制盖板拼接底板工艺简单，整体强度大，施工方便，影响生产时间短。巷道掘进后，只需平整巷道，抽排积水后即能铺设盖板，不影响运输、行人。后期发生底鼓拆除便捷，可以反复利用，节约成本。
4 结论
通过对塔然高勒煤矿底鼓问题的研究，简要得到以下结论：
（1）塔然高勒煤矿巷道底鼓原因受矿井开采深度、布置方式、巷道断面形状及大小、围岩性质、受力状态等多方面因素影响。
（2）塔然高勒煤矿3-1煤工作面顺槽巷道掘进期间支护应及时跟进。
（3）塔然高勒煤矿应对巷道底鼓防治措施有：平底支护；反底拱；铺设钢制盖板。
参考文献：
[1]康红普，陆士良.巷道底鼓机理的分析.岩石力学与工程学报.1991，10（4）：362-373；.
[2]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制.徐州：中国矿业大学出版社，1994；
[3]吴玉文，宋选民，欧阳辉.布尔台矿3-1煤回采巷道底鼓机理分析及防治对策.煤矿开采.2010，10（5）：92-95；
作者简介：
韩志星（1986-），男，内蒙古五原县人，助理工程师，现任神华杭锦能源公司塔然高勒煤矿生产科技术员，主要从事煤矿生产技术管理工作。
关键词：巷道底鼓；矿压；膨胀；反底拱；钢制盖板
1 引 言
塔然高勒矿井是神华杭锦能源公司下属首个在建矿井，也是东胜煤田在鄂尔多斯杭锦旗范围内首个深部矿井，是国家发改委于2008年批准立项的神华首座千万吨级现代化立井。塔然高勒煤矿矿建二期工程与三期工程施工过程中井下部分巷道出现不同程度的底鼓现象，影响了巷道的正常使用，导致断面缩小，增大了事故的发生率。后期，为便于井下车辆运输、通风和人员行走，对底鼓地段的主要巷道进行进行一次甚至二、三次的翻修，对顺槽巷道进行起底，额外增加了施工工程量，增加了人力和财力，最终造成生产投资成本增加。底板翻修处理时间长且影响生产。因此，研究塔然高勒煤矿巷道底鼓原因及其其治理等问题，对提高井下作业人员安全保证有着非常重大的理论意义和实际应用价值。
2 巷道底鼓原因分析
巷道底鼓受矿井开采深度、布置方式、巷道断面形状及大小、围岩性质、受力状态等多方面因素影响。
2.1 开采深度
塔然高勒煤矿采用立井开拓，主、副、风井筒设计深度分别为696.9米、612.65米、573米，首采煤层为3-1煤，根据塔然高勒煤矿地质及水文地质补充勘探3-1煤层底板等高线图，3-1煤深度均大于600米，属于深部开采，巷道布置深受地应力影响，较浅部开采矿压明显增大。
2.2 布置方式
塔然高勒煤矿二期工程中的井底车场巷道平行布置中最小巷道中線间距25米（实体护巷岩柱20米）。例如井底车场中的大巷胶带机头硐室配电室与大巷胶带机头硐室平行布置，巷道中线间距25.6米，实体护巷岩柱17.8米。大巷胶带机头硐室配电室先行掘进，巷道采用锚网索+W钢带护板联合支护后，采用添加防水剂与钢纤维的混凝土强度等级C30砌碹，成巷三个月后巷道均为变形、顶板滴水等现象。后期大巷胶带机头硐室综掘机掘进，因其巷道断面尺寸大，位于其南侧布置的大巷胶带机头硐室配电室受采动影响，顶板陆续出现顶板鳞皮、滴水，底板裂缝等现象。待大巷胶带机头硐室掘进完成三个月后，大巷胶带机头硐室配电室顶板裂缝，中部砌碹成块脱落，底鼓明显。
三期工程中试采面辅运顺槽与回风顺槽巷道最小巷道中线间距30米（实体护巷煤柱25m）。巷道均采用掘锚一体机掘进，因两条顺槽巷道开工时间相差，这就使得相邻巷道互受采动影响，顶板所受支承压力通过护巷煤柱间接传递到两条巷道的底板，造成底鼓变形和破坏，底鼓现象持续出现。
2.3 巷道断面形状及大小
巷道断面尺寸较大的比巷道断面尺寸小的更容易发生底鼓现象，但是巷道的断面尺寸是根据实际生产过程中通风、运输、安装等因素综合确定的。这就要求巷道在满足生产需要的前提下，尽量缩小断面。
此外，巷道的断面形状也是影响底鼓的重要因素。一般而言，曲线型巷道断面较折线形巷道断面形状更稳定，底鼓发生的概率相对而言也小。所以在巷道断面形状选择时，在考虑支护方式与类型、开采方式、围岩条件、运输等一系列综合因素后，尽可能选择曲线型巷道断面形状。塔然高勒煤矿井下主要巷道及辅助巷道均采用曲线型巷道的一种，直墙半圆拱形；顺槽巷道及联络巷均采用直线型巷道的一种，矩形巷道。通过借鉴、参观其他矿井，塔然高勒煤矿在矩形巷道断面尺寸基本保持不变的基础上，将矩形断面优化为平顶微拱，即巷道两肩窝直角改为半径1m的圆角，强化薄弱部位，底鼓现象得到一定抑制。
2.4 围岩性质
根据神华集团《内蒙古东胜煤田塔然高勒井田煤炭勘探报告》，塔然高勒井田含煤地层为侏罗系中下统延安组（J1-2y）。塔然高勒煤矿3-1煤层顶板岩性主要为砂质泥岩和粉砂岩，局部为细粒砂岩或粗粒砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩。但由于白垩纪地层的特殊性（主要表现为地层松软，岩层胶结差，易泥化）
据3—1煤层安氏泥化试验结果：小于0.5mm物重在0.53～13.5%之间，小于10?m物重在0.008～0.012%之间。据试验观察：试样在翻转前（加水后）顶板无明显的泥化现象，底板有泥化现象，悬浮液很快发生沉降并出现了明显的澄清层。
塔然高勒煤矿实际生产过程中也验证了此点，3-1煤层底板砂纸泥岩物理特征受水影响较大，由于水渗入，增强了岩体的塑性流变和膨胀流变，得岩体的承载能力明显降低，大大削弱了底板的强度，在高支承压力作用下迫使巷道围岩沿四周向巷道内挤压，在底板薄弱环节形成膨胀和裂缝，造成底鼓。
2.5 受力状态
井下未开掘巷道原本为一个应力平衡状态，在巷道掘进后，煤岩的原岩应力遭到破坏，为寻求再一次的平衡原岩应力将重新分布，也就会出现煤岩本身力与应力对抗的的情况，当应力分布不均匀、对抗失败时的状态，顶板下沉，片帮，底鼓的现象。为增强围岩对抗力量，此时的主动支护，锚杆、锚索呈现出重大意义，它们形成的群体在不同深度范围内将围岩形成隐形的组合拱，加大了围岩体的整体支撑能力。
塔然高勒煤矿顺槽巷道施工过程中巷道两帮下部两个锚杆安装不及时，一般滞后掘进工作面迎头超过10m，引起两帮围岩松动变形，不能及时有效的形成一个整体，进而由于两帮下部鼓出挤压造成顺槽底板鼓起；而后期尽管补打完整的锚杆，但由于锚杆安装不到位，锚杆外露长度远远超出螺纹长度，造成无法给锚杆施加设计预紧力，致使巷道两帮围岩变形没有得到有效控制，两帮继续移近而加剧对巷道底板的挤压，引起两帮底鼓持续增加。相对有些地段后期补打锚杆安装质量高，两帮围岩得到相对控制，底板出现“人”字和顺着巷道掘进方向的“一”字裂缝。 3 巷道底鼓的治理措施
从塔然高勒煤矿巷道的底鼓原因入手，采取了反底拱、底板加固、铺设钢制盖板等措施。
3.1 反底拱
针对井下永久性主要巷道，考虑实体护巷岩柱小的情况下，对井底车场等候硐室底板采用采用锚网索+W钢带+卵石反底拱混凝土浇筑进行试驗。锚杆为预应力锚杆，锚索预应力锚索，在完成锚网索+W钢带的联合支护后采用卵石填平，混凝土强度等级C30浇筑。试验表明，此种支护后，巷道底鼓不再发生，得到控制，效果较好，但施工难度大，劳动强度大，施工进度慢，费用增加。
3.2 底板支护
在反底拱试验成功的后期，对井底车场底鼓段进行平底支护的试验。对底鼓巷道起底至设计深度后，在平底处进行同样进行锚网索+W钢带的联合支护，效果也较好，底板翻修后巷道均未再出现底鼓现象。
3.3 铺设钢制盖板
设计无砼底板要求的巷道，针对底鼓后反复起底的情况，使用钢制盖板拼接底板是较好的选择。钢制盖板拼接底板工艺简单，整体强度大，施工方便，影响生产时间短。巷道掘进后，只需平整巷道，抽排积水后即能铺设盖板，不影响运输、行人。后期发生底鼓拆除便捷，可以反复利用，节约成本。
4 结论
通过对塔然高勒煤矿底鼓问题的研究，简要得到以下结论：
（1）塔然高勒煤矿巷道底鼓原因受矿井开采深度、布置方式、巷道断面形状及大小、围岩性质、受力状态等多方面因素影响。
（2）塔然高勒煤矿3-1煤工作面顺槽巷道掘进期间支护应及时跟进。
（3）塔然高勒煤矿应对巷道底鼓防治措施有：平底支护；反底拱；铺设钢制盖板。
参考文献：
[1]康红普，陆士良.巷道底鼓机理的分析.岩石力学与工程学报.1991，10（4）：362-373；.
[2]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制.徐州：中国矿业大学出版社，1994；
[3]吴玉文，宋选民，欧阳辉.布尔台矿3-1煤回采巷道底鼓机理分析及防治对策.煤矿开采.2010，10（5）：92-95；
作者简介：
韩志星（1986-），男，内蒙古五原县人，助理工程师，现任神华杭锦能源公司塔然高勒煤矿生产科技术员，主要从事煤矿生产技术管理工作。