油页岩二矿软岩巷道底鼓原因及控制技术研究

摘要：吉林成大弘晟油页岩二矿2405运顺底板围岩松软破碎，巷道底鼓严重。分析2405运顺底鼓原因，得出底板围岩特性是造成巷道底鼓的主要因素，水浸作用，支护体系不耦合，采动影响是造成巷道底鼓剧烈的诱导（加剧）因素。提出了“底脚锚杆+泄压槽+补打顶帮锚杆（索）”的软岩巷道底鼓控制技术。

关键词：软岩巷道；围岩特性；底鼓治理；稳定性

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0112-02

1 工程地质条件

弘晟油页岩二矿2405运顺处于特殊围岩环境条件下，巷道底鼓剧烈，两帮破碎，顶板下沉，给工作面安全生产带来极大的困难。针对2405运顺支护难题，基于一体化综合控制思路，提出了“泄压槽+底脚锚杆”支护形式控制巷道底板围岩的稳定性。现场观测结果表明，该支护方案对巷道围岩变形控制效果较好。

2405运顺是4层的第5个综采工作面，北临2407工作面（已回采），工作面内油页岩层赋存稳定，油页岩层厚度2.4m，油页岩普氏系数为3-4，油页岩上伪顶为泥岩，厚0.4m；直接顶为泥岩，厚1.5m，抗压强度24.6MPa，软化系数0.4，属于易冒落半坚硬不稳定型；老顶为粉砂岩，厚度21m；伪底以炭质泥岩为主，厚度1.43m；直接底为页岩，厚度4.07m，其抗压强度29.4MPa。经实验分析得到，底板岩石属于不坚硬不稳定型。

2 软岩巷道底鼓特征

2.1 变形量大

据测量结果，2405运顺巷底板鼓起量大，最大可达1.5m以上，该巷道500～800m斜坡段，7天累计底鼓量最大达0.6m以上。

2.2 变形持续时间长

软岩巷道底板鼓起具有显著地流变性，故底鼓具有明显的时效性，对于软岩巷道底板而言，剧烈的初始变形后，大约要数天甚至数月时间才能进入稳定变形阶段，围岩收敛停止得需要更长时间，况且是否能停止收敛变形还取决于支护结构。监测资料表明，巷道掘进3个月后变形速率无明显降低，一般维持在30～80mm/d。

2.3 挤压流动性底鼓

2405运顺巷道直接底遇水膨胀，浸水后往往会泥化，崩解，碎裂，甚至强度完全丧失，受巷道两侧岩柱传递的水平压力的挤压作用，使巷道两帮内移，引起底板软弱破碎岩体向巷道内整体流动，导致底板岩层从表面向深部发生离层，并在巷道的中部鼓起进而断裂，形成挤压流动性底鼓。

3 软岩巷道底鼓影响因素分析

巷道底鼓的因素很多，其中影响最大的因素是底板围岩特性，其次是水理作用和采动影响，同时支护结构对底鼓量的大小也有一定的影响。

3.1 围岩性态

2405运顺巷道底板为页岩，具有力学强度低及遇水易于软化，崩解等不良性质，对巷道稳定性最为不利，底板长期处于敞开无支护状态。因此当巷道围岩压力较大时，造成巷道底板出现应力集中现象，从而在巷道底板岩层中产生大量裂隙。随着两侧的挤压，导致裂缝处的岩层向巷道空间弯曲，表现出显著的底鼓现象，进而直接影响巷道顶帮的稳定，产生顶板下沉，两帮内挤，从而造成巷道支护结构的全面失稳破坏。

3.2 采动影响

2405运顺与2407回顺之间留设20m油页岩柱，受侧向支撑压力影响，巷道成型质量极差，片帮严重，底鼓现象异常剧烈，并在巷道中间出现了宽约10～30mm，深300mm的裂缝，通过人工拉底来维持巷道的正常使用。当距回采工作面约100m左右时，受超前支撑压力影响，巷道围岩强度进一步减弱，导致底板松软破碎岩体丧失其承载能力。

3.3 水理作用

水对巷道底鼓的影响主要通过水理作用表现出来。由于掘进巷道经常积水，而软弱岩体内节理裂隙发育，水很容易进入岩体内部，使底板围岩长期受到水理，风化作用，愈发加剧了围岩向巷道自由空间的挤入趋势，从而加大了巷道底鼓量。

3.4 支护结构

2405运顺支护只注重巷道顶帮，未对底板进行任何有效支护，底板长期处于敞开不支护状态，从而导致巷道底鼓量大于顶板下沉量。该巷道采用锚网索有效支撑巷道顶帮，而支护体系要承受住来至其周围的压力，只得将各种受力向未进行支护的底板即弱面进行传递，破坏了底板原有的应力平衡，以致底板向巷道内隆起，造成巷道底鼓。

在上述4个影响巷道底鼓的因素中，围岩性质是产生底鼓的最根本原因，也是研究巷道底鼓控制的重点因素。

4 支护对策

4.1 支护设计原则

针对2405运顺巷道底鼓问题，认为“强顶，固帮和有效强化底板”是维护巷道底板稳定的关键。基于一体化（支护体和围岩）综合控制思路确定底鼓治理方案，将各种支护方式有机结合起来，互为补充，充分发挥支护系统整体承载能力。在此基础上，提出“底脚锚杆+泄压槽+补打顶帮锚杆（索）”联合支护方式，支护方式如图1所示。

4.2 支护结构参数设计

4.2.1 强顶。顶板采用锚索加强支护，其间排距为1800mm×2400mm，规格为17.8mm×6000mm高强高预应力锚索。通过锚固作用调动深部坚硬岩层的强度，和原有支护体一起增加了松动岩体强度，起到了强顶目的。

4.2.2 固帮。帮部加固可通过加大锚杆布置密度来实现。由于该工程是修复巷道，施工时巷道围岩的破坏区比较大，因此，在巷道帮部腰线位置增加一排20mm×2300mm高强高预应力螺纹锚杆，提高巷道帮部围岩的稳定性。

图1 支护结构参数设计

4.2.3 增加底脚锚杆。每侧布置1根锚杆，按45度打设，规格为20mm×2000mm高强高预应力螺纹钢锚杆。

4.2.4 底板中间施工规格为400mm×500mm的泄压槽，施工完后在泄压槽上铺设10mm×600mm（厚x宽）的木板；每隔50m在左帮打一个水窝子，把水引入其中，然后用电泵把积水抽走。

5 工程应用效果

成大弘晟油页岩二矿2405运顺采用“底脚锚杆+卸压槽+补打顶帮锚杆（索）”联合支护技术防治巷道底鼓，通过矿压观测数据显示，巷道底板未出现裂缝，底鼓量大幅度降低，顶板未出现离层脱落等其他变化，巷道支护完整，断面均能达到设计要求，巷道底鼓得到有效控制。

6 结语

影响软岩巷道底鼓的最根本原因是围岩特性，提出了“强顶，固帮和有效强化底板”的软岩巷道底板围岩稳定性控制原则。

油页岩二矿2405运顺联合支护技术防治工程实践表明：底脚锚杆+泄压槽+补打顶帮锚杆（索）支护方式能够有效控制巷道底鼓，具有较好的经济效益和广阔的应用前景。

作者简介：梁贵生（1963—），男，辽宁阜新人，吉林成大弘晟能源有限公司采掘副总工程师，研究方向：矿山建设和开采。