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[摘 要]北阳庄矿井采区变电所底板位于遇水易软化膨胀的中砂岩层中，施工完毕投入使用后，底板出现了不同程度的底鼓现象，为了彻底治理采区变电所底鼓问题，特开展了专项研究，并将研究结果用于采区变电所底鼓治理中，从目前情况来看，治理效果较为明显。
[关键词]底鼓治理 软化膨胀 中砂岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0361-01
1、基本概况
1.1 地理概况
北阳庄矿位于河北省蔚县矿区东南部，行政区划隶属于张家口市蔚县涌泉庄乡和杨庄窠乡管辖，其地理坐标为北纬39°51′37″～39°57′30″，东经114°31′10″～114°39′12″。井田北与德胜庄井田及沙涧堡井田以4424000纬线为界，西为F20断层，纵21勘探线（597号孔～520号孔段）及19勘探线（520号孔以南段）为界与单候井田毗鄰，东及东南界分别是5和1煤层剥蚀边界线，南北长约10km，东西宽5～8km，面积约52km2。最大勘探深度为727m。
井田中部的北阳庄村，南至蔚县城直距6km，蔚县西至山西广灵、大同，北至张家口、宣化均有沥青公路相通。京包铁路宣化站距蔚县90km，京原线灵丘站距蔚县50km，大秦运煤专用铁路化稍营站距蔚县50km，正在兴建中的沙城-南留庄地方铁路将横贯矿区，煤炭外运的交通条件较好，惟有井田内北西向冲沟较发育，仅有土路绕行于各村之间，雨季道路泥泞，通行困难。
1.2 采区变电所概况
采区变电所位于岩层中；埋深约为400m～450m；底板位于遇水易软化膨胀的中砂岩。
支护方式为锚喷支护；帮顶喷浆500mm，底板为100mm混凝土；锚杆为Φ18×2000强力树脂锚杆；锚杆间排距为800×800mm；网片为Φ6mm钢筋焊接，网眼规格为100×100mm，喷射混凝土标号为C20。
采区变电所为上部半圆（直径Φ5200mm），下部矩形（5200×3550mm）形状；内尺寸为5200×6150mm，外尺寸为6200×6750mm。
2 巷道底鼓发生原因与防治措施概述
2.1 巷道底鼓特征
巷道的底鼓常常随着时间持续变化，时间越长底鼓越明显。
在软弱岩层和有水的巷道内，底鼓经常成为影响巷道稳定性的主要问题，根据其发生情况需要采取针对性的防治措施。
经多年工作经验，取试块，查阅大量有关书籍，在实验室进行试验，研究结果表明，由于巷道所处的底板围岩性质、地质条件、和应力分布状态的不同，发现底板岩体鼓入巷道的方式和其发生的原因也不同，大致可以分为4大类，分别为：挤压流动性底鼓、遇水膨胀性底鼓、扰曲褶皱性底鼓、剪切错动性底鼓。
2.1.1 挤压流动性底鼓
这种底鼓主要发生在：（1）底板为软弱岩层，顶板和帮部的强度远高于底板的强度，在两帮岩柱的作用下，底板软弱岩层挤压流动到巷道内。（2）巷道处于松软破碎的岩层或者处于煤层中，这种情况下巷道周边的围岩松动圈很大，帮部和顶板的应力集中区转移到岩体深部，这时底鼓现象显现比较快。
2.1.2 遇水膨胀性底鼓
这种底鼓主要发生在具有膨胀性的岩石中，这类岩石中往往含有物理化学性质活泼的蒙脱石，由于巷道底板经常积水，导致膨胀岩浸水后膨胀，而发生底鼓现象。
2.1.3 挠曲摺皱性底鼓
这种底鼓主要发生在底板岩层为层状岩体的巷道中，主要原因是由于底板岩层在受到平行于层理方向的压力，从而向底板巷道内侧方向发生挠曲现象。
2.1.4 剪切错动性底鼓
这种底鼓主要发生在巷道直接底为完整岩层且厚度大于1/3巷道宽度的巷道中。由于底角处存在应力集中现象，导致形成剪切破坏带，随着破坏的发展而形成楔形破坏。
本矿采区变电所主要为遇水膨胀性底鼓。底板遇水软化膨胀造成强度降低，从而导致体积膨胀，造成底板底鼓严重。
2.2 影响底鼓主要因素
影响底鼓因素很多，主要有底板围岩性态、岩层应力、支护强度不足、水作用以及巷道断面形状。
2.2.1 围岩性态
围岩性质及状态对巷道底鼓起着至关重要的作用，底板岩层的软弱程度及结构状态是围岩状态的主要决定方面。
2.2.2 岩层应力
岩层形态是发生底鼓的本质原因，但是没有岩层应力的显现则不会发生底鼓，只有岩层应力显现明显，岩层应力显现越明显，底鼓现象将越严重。
2.2.3 水理作用
在煤矿生产过程中，由于其工作坏境的特殊性，巷道底板经常发生积水现象， 主要表现在：底板浸水后其强度降低；底板粘土岩时，浸水后往往会发生泥化现象，直至强度全丧失；底板为膨胀岩层时往往会发生膨胀，造成底鼓。
2.2.4 支护强度
由于支护设计时考虑经济性，施工难易度、工程量、工期等多方面的原因，一般认为将两帮和顶板加固好，就可以保证安全，所以疏忽了底板支护。
2.2.5 巷道断面形状
为了充分利用巷道的断面，一般均将巷道设计成拱形，底板不能形成稳定的拱形结构，这也是底鼓发生的一个原因之一。
2.3 巷道底鼓综合治理
底板发生底鼓现象，主要有以下危害，影响运输，不利用安全生产 ，不利用行人通过，严重的还导致不能正常生产。经过研究我们认为可以采取以下措施进行防止和治理。
（1）增加底板围岩的变形阻力
主要措施有浇筑反底拱，架设可缩性封闭形可缩性支架、底板桁架等。
（2）提高底板围岩的强度
主要措施有打底板锚杆、反底拱、底板注浆加固等。
（3）联合支护
既提高底板围岩的强度又增加围岩的变形阻力，这是目前最常见的方法。如全封闭喷锚注联合支护。
（4）治水防底鼓措施
众多巷道的底鼓，多因岩石吸水膨胀引起的，所以，治水防底鼓是非常有效的。控制出水点，施行疏排结合的方法，保持各类巷道无存水、积水。所以巷道施工时要采取防水措施，做到防范于未然。
3 底鼓治理措施
经过现场观测和分析，可知北阳庒煤矿采区变电所底鼓主要原因为底板岩层遇水膨胀性底鼓，并且一定的地应力和截面面积较大也是可能发生底鼓的因素，因此采用“锚网+混凝土反底拱”的加固方式进行巷道底板底鼓治理。
3.1 锚网+混凝土反底拱加固技术
3.1.1 卧底处理
进行巷道卧底工作，根据实际情况确定卧底量，最少卧底量可为400mm，以出现原岩为准；卧底形状为反底拱形，拱边卧底最少400mm，拱底卧底900mm（可根据实际调节）。
3.1.2 安设锚网和锚杆
建议锚杆采用Φ22×2200mm锚杆，间距800mm，排距800mm；底板两角锚杆与垂直方向约成45°夹角，向内依次约为30°、15°、0°；锚杆外露不大于300mm。
3.1.3 混凝土浇筑反底拱
浇筑混凝土反底拱，拱边最薄400mm，拱底最薄为900mm混凝土拱底板面保持水平。
3.2 技术问题
（1）整体加固
使顶、帮、底形成一个完整的支护体，提高围岩的整体强度和稳定性；保证各锚杆具有相同的预紧力。
（2）施工质量
施工应严格按作业规程要求执行。
被水浸泡的底板岩层必须全部清除干净，反底拱施工过程中，严禁底板浸水，保证底板的干燥；
处理好底板混凝土和两帮底角已浇筑混凝土段的结合。
（3）反底拱施工
反底拱要达到设计的反底拱弧度（两边400mm，拱底900mm），两角锚杆一律为45。
总之，要严格按研究设计方案和作业规程施工，并加强监督、检查和工程验收制度。
[关键词]底鼓治理 软化膨胀 中砂岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0361-01
1、基本概况
1.1 地理概况
北阳庄矿位于河北省蔚县矿区东南部，行政区划隶属于张家口市蔚县涌泉庄乡和杨庄窠乡管辖，其地理坐标为北纬39°51′37″～39°57′30″，东经114°31′10″～114°39′12″。井田北与德胜庄井田及沙涧堡井田以4424000纬线为界，西为F20断层，纵21勘探线（597号孔～520号孔段）及19勘探线（520号孔以南段）为界与单候井田毗鄰，东及东南界分别是5和1煤层剥蚀边界线，南北长约10km，东西宽5～8km，面积约52km2。最大勘探深度为727m。
井田中部的北阳庄村，南至蔚县城直距6km，蔚县西至山西广灵、大同，北至张家口、宣化均有沥青公路相通。京包铁路宣化站距蔚县90km，京原线灵丘站距蔚县50km，大秦运煤专用铁路化稍营站距蔚县50km，正在兴建中的沙城-南留庄地方铁路将横贯矿区，煤炭外运的交通条件较好，惟有井田内北西向冲沟较发育，仅有土路绕行于各村之间，雨季道路泥泞，通行困难。
1.2 采区变电所概况
采区变电所位于岩层中；埋深约为400m～450m；底板位于遇水易软化膨胀的中砂岩。
支护方式为锚喷支护；帮顶喷浆500mm，底板为100mm混凝土；锚杆为Φ18×2000强力树脂锚杆；锚杆间排距为800×800mm；网片为Φ6mm钢筋焊接，网眼规格为100×100mm，喷射混凝土标号为C20。
采区变电所为上部半圆（直径Φ5200mm），下部矩形（5200×3550mm）形状；内尺寸为5200×6150mm，外尺寸为6200×6750mm。
2 巷道底鼓发生原因与防治措施概述
2.1 巷道底鼓特征
巷道的底鼓常常随着时间持续变化，时间越长底鼓越明显。
在软弱岩层和有水的巷道内，底鼓经常成为影响巷道稳定性的主要问题，根据其发生情况需要采取针对性的防治措施。
经多年工作经验，取试块，查阅大量有关书籍，在实验室进行试验，研究结果表明，由于巷道所处的底板围岩性质、地质条件、和应力分布状态的不同，发现底板岩体鼓入巷道的方式和其发生的原因也不同，大致可以分为4大类，分别为：挤压流动性底鼓、遇水膨胀性底鼓、扰曲褶皱性底鼓、剪切错动性底鼓。
2.1.1 挤压流动性底鼓
这种底鼓主要发生在：（1）底板为软弱岩层，顶板和帮部的强度远高于底板的强度，在两帮岩柱的作用下，底板软弱岩层挤压流动到巷道内。（2）巷道处于松软破碎的岩层或者处于煤层中，这种情况下巷道周边的围岩松动圈很大，帮部和顶板的应力集中区转移到岩体深部，这时底鼓现象显现比较快。
2.1.2 遇水膨胀性底鼓
这种底鼓主要发生在具有膨胀性的岩石中，这类岩石中往往含有物理化学性质活泼的蒙脱石，由于巷道底板经常积水，导致膨胀岩浸水后膨胀，而发生底鼓现象。
2.1.3 挠曲摺皱性底鼓
这种底鼓主要发生在底板岩层为层状岩体的巷道中，主要原因是由于底板岩层在受到平行于层理方向的压力，从而向底板巷道内侧方向发生挠曲现象。
2.1.4 剪切错动性底鼓
这种底鼓主要发生在巷道直接底为完整岩层且厚度大于1/3巷道宽度的巷道中。由于底角处存在应力集中现象，导致形成剪切破坏带，随着破坏的发展而形成楔形破坏。
本矿采区变电所主要为遇水膨胀性底鼓。底板遇水软化膨胀造成强度降低，从而导致体积膨胀，造成底板底鼓严重。
2.2 影响底鼓主要因素
影响底鼓因素很多，主要有底板围岩性态、岩层应力、支护强度不足、水作用以及巷道断面形状。
2.2.1 围岩性态
围岩性质及状态对巷道底鼓起着至关重要的作用，底板岩层的软弱程度及结构状态是围岩状态的主要决定方面。
2.2.2 岩层应力
岩层形态是发生底鼓的本质原因，但是没有岩层应力的显现则不会发生底鼓，只有岩层应力显现明显，岩层应力显现越明显，底鼓现象将越严重。
2.2.3 水理作用
在煤矿生产过程中，由于其工作坏境的特殊性，巷道底板经常发生积水现象， 主要表现在：底板浸水后其强度降低；底板粘土岩时，浸水后往往会发生泥化现象，直至强度全丧失；底板为膨胀岩层时往往会发生膨胀，造成底鼓。
2.2.4 支护强度
由于支护设计时考虑经济性，施工难易度、工程量、工期等多方面的原因，一般认为将两帮和顶板加固好，就可以保证安全，所以疏忽了底板支护。
2.2.5 巷道断面形状
为了充分利用巷道的断面，一般均将巷道设计成拱形，底板不能形成稳定的拱形结构，这也是底鼓发生的一个原因之一。
2.3 巷道底鼓综合治理
底板发生底鼓现象，主要有以下危害，影响运输，不利用安全生产 ，不利用行人通过，严重的还导致不能正常生产。经过研究我们认为可以采取以下措施进行防止和治理。
（1）增加底板围岩的变形阻力
主要措施有浇筑反底拱，架设可缩性封闭形可缩性支架、底板桁架等。
（2）提高底板围岩的强度
主要措施有打底板锚杆、反底拱、底板注浆加固等。
（3）联合支护
既提高底板围岩的强度又增加围岩的变形阻力，这是目前最常见的方法。如全封闭喷锚注联合支护。
（4）治水防底鼓措施
众多巷道的底鼓，多因岩石吸水膨胀引起的，所以，治水防底鼓是非常有效的。控制出水点，施行疏排结合的方法，保持各类巷道无存水、积水。所以巷道施工时要采取防水措施，做到防范于未然。
3 底鼓治理措施
经过现场观测和分析，可知北阳庒煤矿采区变电所底鼓主要原因为底板岩层遇水膨胀性底鼓，并且一定的地应力和截面面积较大也是可能发生底鼓的因素，因此采用“锚网+混凝土反底拱”的加固方式进行巷道底板底鼓治理。
3.1 锚网+混凝土反底拱加固技术
3.1.1 卧底处理
进行巷道卧底工作，根据实际情况确定卧底量，最少卧底量可为400mm，以出现原岩为准；卧底形状为反底拱形，拱边卧底最少400mm，拱底卧底900mm（可根据实际调节）。
3.1.2 安设锚网和锚杆
建议锚杆采用Φ22×2200mm锚杆，间距800mm，排距800mm；底板两角锚杆与垂直方向约成45°夹角，向内依次约为30°、15°、0°；锚杆外露不大于300mm。
3.1.3 混凝土浇筑反底拱
浇筑混凝土反底拱，拱边最薄400mm，拱底最薄为900mm混凝土拱底板面保持水平。
3.2 技术问题
（1）整体加固
使顶、帮、底形成一个完整的支护体，提高围岩的整体强度和稳定性；保证各锚杆具有相同的预紧力。
（2）施工质量
施工应严格按作业规程要求执行。
被水浸泡的底板岩层必须全部清除干净，反底拱施工过程中，严禁底板浸水，保证底板的干燥；
处理好底板混凝土和两帮底角已浇筑混凝土段的结合。
（3）反底拱施工
反底拱要达到设计的反底拱弧度（两边400mm，拱底900mm），两角锚杆一律为45。
总之，要严格按研究设计方案和作业规程施工，并加强监督、检查和工程验收制度。