潘一东矿软岩巷道底鼓机理与控制方法
灵东矿软岩巷道底鼓机理与治理方法
引言 灵东矿位于 内蒙 古 自 治 区东北 部， 采 取巷道 围岩属于典型的软 岩。 煤层顶底 板围岩强度低于 煤层强度， 不得 不将巷道底 板布置在 煤层中。
向外部变 形， 围岩只得 向内部 变形 ， 这样 就产生了底鼓 可见， 巷 道两帮 的压力会传 递给底 板 ， 底板 的强度不足于承受上不传递 的压 力时 ， 就 会 变 形破 坏， 变现 为底板 的煤 或岩石像 巷道内部移 动， 从 而形成了我们 看
工
灵东矿软岩巷道底鼓机理与治理 方法
１ ． 中煤三建南龙铁路项 目部 福建三明 陈琛’ 黄莲莲 ３ ６ ５ ０ ５ ９ ２ ． 中煤三建二十九工程处 安徽宿州 ２ ３ ４ ０ ０ ０
【 摘要 ｌ 灵 东矿ｗ １ ｏ １ 采取位于软岩中 ， 采 区内大部 分巷道掘进一个 月
后底鼓量达到１ ２ ｍ 。 为了 解决运输 和通风等问题， 采 用太沙基 理论 分析 了 底
坏极 为严 重， 其变形 破坏特 点与 前面相似 。 其他部 分巷 道虽然没有这 两
段严重， 但是表现 出类似 的破坏 类型。 鼓产生的机理 ， 针对底板 岩层的受力特征 设计 了 连体底 板注浆锚杆 的布置 ２ ． ３ 巷道变形破坏 机理分析 方式。 在 巷道返修的过 程中， 严格按 照设计图纸使用， 保证 了 底板锚杆的施 根据太沙 基理论 ， 当墙 体受力时会把压 力传 递给地 基 ． 墙 体下的地 工质量。 实践证明， 连体注浆锚杆是 解决软岩巷道底 鼓有效的方法。 基会产生变形 ， 一般 会产生两个对称 的滑移 面， 土体 滑移从而在 地面上 【 关键 词ｌ软岩； 底 鼓； 锚注支护 产生鼓包 。 在巷 道施工 过程 中， 当地 压较大而 底板 的围岩 强度较低 时， 同样会产生类似 的效 应 ， 不过因为巷 道帮部 的外侧 是 围岩， 阻 止了围岩
潘一东深井软岩巷道修复技术研究
２ 巷道 变 形破坏 特征及 其原 因分 析
通过 对风井环 形车 场现场 调研 ，井底 车场巷 道破坏 形
式 主要 表 现 为 ：
１ ）巷道底鼓严重 ，并沿纵 向产生张裂现象 ，观测 记录
表 明 ，一 周 内最 大 底 鼓 量 能 达 到 ３０ ｍ 左 右 。造 成 环 形 车 ０ｒ ａ 场 巷 道底 鼓 的原 因 主 要 如 下 ：一 是 由于 巷 道 拱 顶 及 两 帮 个方 向是 有 支 护 的 ，而 底 板 是 “ 面 ” 弱 ，在 两 帮 围 岩 的 挤 压
煤
炭
工
程
２１ ０ １年第 ｌ ２期
潘 一 东深 井 软 岩 巷道 修 复技 术研 究
沈景钊 ，杨 张杰
（ ．淮南矿业集团 潘一东区 ，安徽 淮南 １ ２２ ０ ；２ ３ ０ １ ．安徽省煤炭科学研究院 ，安 徽 合肥 ２ ００ ３ ０ １）
摘
要 ：针 对 潘一矿 东区环形 车场 失修 严 重的 问题 ，在 现 场观测 的基础 上 ，分析 其破 坏特征
ｄ ｆｒ ｔ ｎ ｏ ｅ ｒａ ｗａ ｕ ｒ ｕ ｄ ｎ ｏ ｋ ａ ｄ ｇ ｏ ｕ ｐ ｒ ｅｆｃ ａ ｂ ａｎ ｄ ｅｏ ｍａ ｉ ｆｔ ｏ ｄ ｙ ｓ ｒｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｎ ｏ ｄ ｓ ｐ ｏ ｔ ｆ ｔｗ ｓｏ ｔｉ ｅ ． ｏ ｈ ｅ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｓ ｆ ｒ ｃ ｏ ｄ ａ ｆｄ ｅ ｎ ｈ ｆ ｍｉ ｅ ｒ ｐ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ； ｂ ｌ／ ｔｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｏ ｉ ｅ ｕ ｐ ｒ ； ｙ ｒ ｓ ｏ ｏ ｋ ｒ ａ ｗ ｙ ｏ ｅ ｐ ｍｉ ｅ ｓ ａ ｔ ｎ ； ｅ ａｒ ｔｃ ｎ ｌｇ ｔ ｙ ｏ ｔ ｓｅ ｌ ｍｅ ｈ ｎ ｈ ｒ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｓ ｐ ｏ ／ ｔ ｓ ｐ ｏ ｔｐ ｂ ｔｐ ｕ ｐ ｒ ｓ ｙ ｓｅ ｔ ｅ
软岩巷道底鼓治理机理分析
软岩巷道底鼓治理机理分析孙广龙【摘要】In recent years, with increasing depth of min-ing, kick drum phenomenon has become one of the main fea-tures in the form of soft rock tunnel with weak structure roadway deformation and destruction, in order to control the soft rock roadway floor heave, the article analyzes the dynamic pressure and causes of soft rock roadway floor heave. By engineering ex-amples, this paper illustrates the variation of the roadway and the top and bottom of the drum on the floor heave between two roles, and made for the anchor net support on the floor heave deformation affected. This paper provides basis for roadway sup-port and the bottom drum control.%近年来，随着矿井深度的不断增加，底鼓现象已成为软岩巷道与弱结构巷道围岩变形和破坏的主要特征与形式之一，为了控制软岩巷道底鼓，本文分析了动压及软岩巷道底鼓的成因，依据工程实例，来阐述巷道底鼓的变化规律及顶板和两帮对巷道底鼓的作用，并提出了针对锚网索支护对巷道底鼓变形的影响。
文章为巷道的支护和底鼓的治理提供了依据。
软岩巷道复合型底鼓破坏机理及控制对策
第1期 山西焦煤科技No. 1 2018 年1月Shanxi Coking Coal Science & Technology Jan. 2018•专题综述•软岩巷道复合型底鼓破坏机理及控制对策刘富平(霍州煤电集团辛置煤矿，山西霍州031412)摘要针对软岩巷道变形严重，返修率高且维护困难的问题，通过地质调查及理论分析得出其为剪切滑移-物化膨胀型的复合型底鼓。
通过数值模拟对不同支护方案效果进行分析，得出深浅孔锚索注浆加固方案治理效果最为明显。
现场施工中，在进行反底拱施工后配合深浅孔锚索注浆加固，巷道最终底鼓变形量控制在30 m m左右，有效维护了巷道的稳定性。
关键词软岩巷道；石门底鼓；深浅孔锚索注浆；反底拱中图分类号：TD353 文献标识码：B文章编号：1672 -0652(2018)01 -0049 -041工程概况某矿一水平标高为-823 m，该矿井底车场处于 13#煤层底板、11#煤层顶板，西翼运输石门是井底车 场重车线与西翼运输大巷连接的枢纽。
西翼运输石 门采用炮掘施工，巷道形状为直墙半圆拱，巷道掘进 断面高为4 850 mm、宽为5 800 mm,净断面高为 4 540 mm、宽为5 200 mm,支护方式为U型棚+锚网 索+注浆联合支护方式，巷道底板无支护。
运输石门 沿1T煤顶板掘进，1。
煤平均厚2.6 m,伪顶为0.3 m 厚的泥岩，直接顶为厚约4 m的灰黑色砂质泥岩，直 接底为9.4 m厚的炭质泥岩，老底为15.7 m厚的中 细砂岩。
该石门巷道掘成后巷道围岩整体支护效果 良好，巷道顶板及两帮变形M较小，但大M级的底鼓 严重影响了巷道的正常使用，巷道多处呈现沿底板中 央开裂隆起现象，虽然多次卧底维护，但卧底过后巷 道扔持续底鼓，且底鼓速度增快，巷道维护困难。
2 石门底鼓机理研究软岩巷道发生底鼓的原因是多样的，通过T.程地 质调丧可知，运输石门直接底为泥岩等软弱岩层，且 会受到水的作用，因此会最终形成剪切滑移一物化膨 胀型的复合型底鼓。
软岩巷道底鼓机理及控制技术研究
软岩巷道底鼓机理及控制技术研究摘要：随着我国煤矿开采逐渐向着根深部发展，软岩巷道底鼓问题表现的日益严重，直接影响了巷道安全和煤矿生产。
因此，本文以依兰第三煤矿西冀辅运大巷工程实际为原型，采用理论分析和现场实践等方法，针对巷道底鼓的影响因素、形式以及底鼓变形过程进行了深入研究。
提出了针对性的巷道支护优化方案，对保障我国深部资源安全开采具有重要的理论意义。
关键词：软件巷道；底鼓；控制引言：软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高地应力的岩体的总称[1-2]。
巷道开挖后，破坏了岩体的原岩应力状态，引起应力重新分布，围岩将向巷道内移动缩小导致底鼓现象发生，严重阻碍了运输和人员行走，增大了通风阻力。
矿井不得不投入大量人力、物力进行“卧底”等临时处理，由于软岩巷道一旦发生底鼓，一般是具有持续性很难稳定需反复拉底，而且严重地影响到巷道两帮和顶板的稳定。
因此，如何有效地控制巷道底鼓，保证煤矿软岩巷道稳定和使用寿命，降低巷道维修率，这对处于软岩地层的巷道具有重要意义。
1、工程概括依兰第三煤矿投产时在一采区布置一个上1+上2煤层综放工作面，设计矿井投产时生产能力为1.8Mt/a，井筒落底-595m水平后沿井田东西向布置一组大巷，其中-595m西冀辅运大巷为穿层巷道，断面形状为拱形，净断面宽度为5000mm，高度为4000m，顶底板围岩性质以炭泥岩为主。
作为连接井底车场的重要运输通道，该巷道服务期间巷道两帮非均匀大变形显著，由于底鼓未进行支护导致底鼓现象较为严重，多次修复后仍然具有明显变形。
图1 西冀辅运大巷断面支护示意图2、底鼓影响因素2.1巷道底鼓的影响因素（a）底板岩性西冀辅运大巷穿煤层掘进，其底板主要为松软破碎、岩性较弱、完整性差的炭质泥岩，底板中节理和裂隙均较为发育，再加上炭质泥岩且遇水软化易膨胀，在岩体表面产生裂隙，使底板岩体承载能力降低。
（b）支护形式目前，该矿大巷顶板和两帮采用锚网喷支护方式，巷道掘进过程中并没有对底板采取加固和封闭措施，仅在底板表面采取混凝土硬化处理，聚集在软岩巷道顶板和两帮的应力未能充分释放，只能向底板传递，底板未采取有效支护手段加以控制，随着时间推移底板岩层在应力集中的作用下，底板岩层内原生裂隙逐渐发育与贯通破坏，大量破碎岩体在应力挤压作用下向巷道内涌入，由于混凝土层厚度小，故而加固效果有限，不足以抵抗底板岩层向上鼓起。
浅析深部软岩巷道底鼓机理及控制技术
科技 论坛
浅析 深部软岩巷道底 鼓机理及控制 技术
左 超
（ 安 徽 理 工 大 学 煤矿 安 全 高效 开 采 省部 共 建教 育部 重 点 实验 室 ， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
摘 要： 进 入深部开采阶段 ， 面对 日益严重的软 岩巷道底鼓 问题 ， 本文从巷道底鼓 产生机理和底鼓的破坏程度 两个方面对巷道底鼓 进行 了分类 ， 分析 了巷道底鼓的影响因素， 并在此基础上 总结 了深部软岩巷道底鼓控制 的防治措施 。工程 实践表明： 采 用联合 支护加 固的 方法 ， 能有效控制巷道底鼓。 关键词 ： 深部开采 ； 巷道底鼓 ； 底鼓机理 ； 防 治措 施
目前 ， 我国煤矿开采 深度 逐渐增加 ， 预计未来 很多煤矿 将转为
千米深井。煤 矿在深部开采时 ， 地质环境 复杂 ， 在多场 、 多相耦合作 用下 ， 深部巷道支护 特别 是深部软岩巷道支 护更加 困难 ， 巷 道底 鼓 现象尤 为突出 。巷道底板稳定性更加难 以控制 ， 强烈的底鼓不仅 带来大量 的维修工作 ， 增加维护费用 ， 而且底板大 量变形经 常导致 巷道 两帮及顶板 变形 ， 从 而使整个巷道失稳 ， 给安 全生产带来严 重 威胁嘲 。 因此 ， 在深部软岩巷道 的底鼓防治研究对深部矿井 的安全生 产有 着重要 的影响和意义 。 本文在对深部 软岩巷道底鼓 的产生 机理及底 鼓类型进行 总结 的基 础上 ， 对巷道底鼓 防治方法进行 研究 ， 并通过工程 实例对综 合 性加 固法 的底鼓控制方法进行实验 。 １巷道底鼓的类型 １ ． １ 按巷道底鼓产生机理分类 。 由于巷道地质条件 、 围岩性质和 应力状态 的不 同， 巷道底鼓产 生的机理也不 同， 底鼓 主要分为挤压 流动性底 鼓 、 挠 曲褶皱性底鼓 、 剪切错 动性底鼓和遇水 膨胀性底鼓 ４类 。不同类型的巷道底鼓 ， 都有各 自不 同的特征 。 １ ． １ ． １ 挤压 流动性底鼓 。此类底鼓常发生 于软弱破碎底板 （ 如 煤、 粘土岩 等 ） ， 两 帮及顶板强 度远大于底板 岩体强度， 底板 受到严 重挤压形成挤 压流动性底鼓 ， 如图 １ （ ａ ） 。 １ ． １ ． ２ 挠 曲褶皱性底鼓 。 此类 底鼓是在平行于层 理方 向的压力作用 下 ， 底板岩层 向巷道 内部挠 曲 褶皱使底板岩体失稳产 生的 ， 如图 １ （ ｂ ） 。底 板岩层分层越薄 ， 巷道越 宽， 底鼓量也越大 。１ ． １ ． ３剪切错动性底鼓 。巷道直接底 板为厚层岩 体， 在高应力作用下 ， 底板受剪切作用 发生破坏 ， 底板岩层 由于剪切 破坏出现楔块 体 ， 相互错动的楔块体造成巷道底鼓 ， 如图 １ ｆ ｃ １ 。１ ． １ ． ４ 遇水膨胀性底鼓 。通 常 ， 含有蒙脱石 、 伊利 石等的粘 土岩层浸水后 ， 岩石 强度 弱化 ， 同时便随体积的急剧增大 。 在井下生产 中， 膨胀岩底 板遇水会迅速膨胀 。 形成膨胀性底鼓 。 １ ． ２按巷道底鼓破坏程度分类 。 根据巷道底鼓 的破坏程度 ， 巷道 底鼓 可分为以下 ４ 类： １ ． ２ ． Ｉ 轻微底 鼓 ， 底鼓量 为 １ ０ ０ ２ ０ ０ ｍ ｍ， 巷道两 帮基本 没有移 动变形 ， 底板 出现微小 裂痕 ， 顶板局部开裂 ， 底板轨道有 轻微鼓偏 ， 断面收缩量小 ， 巷道底 鼓不严重 ， 不影 响正 常使 用 ， 如图 ２ （ ａ 】 。１ ． ２ ． ２ 明显底鼓 ， 底鼓量为 ２ ０ ０～３ ０ ０ ｍ ｍ， 巷道底鼓 现象明显 ， 底鼓 速度增 加， ３ ４天底鼓量可达 ２ ０～５ ０ ｍ ｍ。 巷道两帮发生内移变形 ， 顶板下 沉， 巷道底板起鼓 ， 轨道偏斜 ， 水 沟被挤 ， 喷层开裂 ， 需要及时进行巷 道 维护 ， 如图 ２ ０ ） 。１ ． ２ ． ３ 严 重底鼓 ， 底鼓量为 ３ ０ ０—５ ０ ０ ｍｍ， 底鼓速 度迅速增 大 ， 一昼夜的底鼓 量可达 ５ ０～ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｍ， 底鼓持续时间长 ， 巷 道 两帮移近量增 大 ， 顶板 下沉 、 开裂 ， 枕 木鼓 歪 、 鼓断， 轨 面鼓偏 ， 水 （ ｃ ）严重底鼓 （ ｄ ）破坏性底鼓 沟挤坏 ， 巷道喷层裂缝较 大 ， 严重影响煤矿 的安全生产 ， 必须及时进 图 ２ 巷 道 破 坏 分 类及 其示 意 图 行 翻修 、 扩修 处理 ， 如图 ２ （ ｃ ） 。１ ． ２ ． ４破 坏性 底鼓 ， 底鼓 量达 ５ ０ ０～ ８ ０ ０ ｕ ｔ ｒ ｎ ， 底鼓发展迅速 ， 对巷道两帮 、 顶板及底板结构的稳定性破坏 巷道底鼓 的形成与发展有一定的影 响。 ２ ． １ 底板岩性 。巷道底板岩性对巷道底鼓 的形成起决定性 的作 极大 ， 一昼夜的底 鼓量可达 ２ ０ ０ ～ ３ ０ ０ ｍ ｍ 。此类底鼓现象极其严重 ， 巷道两帮 岩石开裂 、 片帮 、 内移 ， 顶板破裂 、 下沉 ， 底鼓 持续 时间较 用 。 ２ ． １ ． １ 巷道底板岩层 的薄厚 以及破碎程度等不 同的地质条件 ， 形 长， 严重时可使巷道垮落并处于半封闭状态 ， 无法正常行人和通风 ， 成了如 １ ． １ 所述 的巷 道底鼓 的类型。２ ． １ ． ２巷道为软弱底板岩层 时 ， 必须进行 彻底 翻修 和加强支护 ， 如图 ２ （ ａ ） 。 其强度远远小 于底板深部完整岩层及两帮 围岩 的强度 ， 在力的作用 ２巷道底鼓的影响因素 底板 软弱岩层的变形 随着 时间的增长而不断 增大 ， 故巷道底 板 巷道底鼓 的影 响因素众多 ， 其 中底板岩性 、 应 力状态及地 质条 下 ， 岩层 的软弱程 度在一定意义上决定 了巷道底鼓 的严重程度 。２ ． １ ． ３ 件（ 水理作用 ） 是造成底鼓 的主要 因素 ， 支护强度和巷道断面形状对 作者 简介 ： 左超（ １ ９ ９ ０ 一 ） ， 男， 河北石 家庄人 ， 安徽理 工大学采矿工程专业在读硕 士研 究生。
潘一东矿深部软岩巷道底鼓控制技术
水 平位 于 一 ７ 以下 ， ８０ｍ 井底 车场 位 于 １－ １２煤
和 １— ３ １煤层 之 间 ， ３ Ｆ ２断层 自西 向东穿 过 井底 车
方 向移 动 ； 时 ， 板产 生 强 烈 底鼓 ， 底 角 内移 同 底 两 上抬 、 底板 中部 凸起 。 期来 压快 、 形量 大 ； 初 变 稳定
１ 工 程 概 况
潘 一 东矿 位 于 淮 南煤 田潘 集 背斜 的东 南 部 ，
为潘一 井 田东翼 的一部 分 ， 北部 为潘 二煤 矿 。 煤 含
的钢板 。副井 马头 门二 次支 护 采用 双层 钢 筋混 凝
土 支护 。
ห้องสมุดไป่ตู้
地 层 总体构 造形 态 为一 轴 向北西 西 的不对 称 背 斜
后 围岩仍 以一 定速 度 长时 间持 续大 变形 。巷道 开 挖一个月 内 ， 两 帮收敛量 累计 为 ４ ０ ７ ０ｍ 巷道 ０ ～ ０ ｍ， 底鼓量 为 ６ ０ １ ０ ｍ，： ０ ～ ０ｍ ５ 巷道断面收敛量 达 ３ ％～ ０
场附近 ， 断层的落差为 ２ 倾角 ６ 。倾 向 １０ ， ０ ｍ， ０， ９。 断 层带 宽度 ８ｍ， 断层 带 充 填 物 破 碎 ， 水 性 差 ， 隔
之东部倾伏端 ；地层倾向由南翼的倾 向南渐变为 北 翼 的倾 向北东 ， 角极 缓 ， 倾 一般 在 ６ ～８。矿 井 。 。
一
受 围岩 松 软低 强度 和埋 深及 地 质构 造应 力 大 等双重作用影响， 锚网喷巷道压力显现强烈 ， 围岩 变 形具 有 四周来 压 和显 著 的流变 时 间效 应 。巷道
泥化 、 膨胀 ， 同时开 掘巷 道后 应尽 早加 固巷 道 软弱
深井软岩巷道底鼓原因及防治技术
深井软岩巷道底鼓原因及防治技术王福洁（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西吕梁033900）摘要:软岩巷道易发生大变形，其底鼓问题向来是软岩工程中难以解决的难题之一，在深井条件下更为突出。
为解决这类问题，开展软岩巷道底鼓影响因素分析及防治技术研究就显得十分必要。
以吕临能化有限公司南延辅助运输大巷为工程背景，率先对巷道底鼓影响因素进行分析，并以此为基础，提出运用切割槽卸压控制底板高应力，联合运用锚杆、锚索与注浆技术对底板进行加固技术措施。
现场应用结果表明：该底鼓防治方案效果良好，返修工程量低，经济效益显著，能够为相似条件下的深井软岩巷道底鼓防治技术提供一定借鉴。
关键词：深井;软岩巷道;底鼓;切割槽卸压;底板高应力中图分类号:TD395文献标志码：B文章编号：973-729X（2929）69-698-05Causes of flooo h eeve in soft rock roadway of deee mineand its prcvvntion and centroi technologyWANG Fu-jiv(Pangpangtd Cool Mine,Liilin Energy Chemical Co.,Std.,Huozhoo Coal Power Groua Co.,Std.,Suliang033200,China) Abstraci:300wch roabway is prone to larye deformaPon,end its floor heave is always one of the difficolt proPlems in soft roch enfineeWnf,especiaPy in deep mine conditions.In order to solve the proPlem of soft roch roabway support,0is necessary to caoe oet the analysis of iidluencinf factors and the research of prevention and control techno W ay of soft roch roabway floor heave.Tabinf auxinaw WansuorWUon roabway vs the enfineerinf bachyroeud,this papee analyzes the iidluencinf factors of roabway floor heave,and based on this,puts fowvard the technical measures to control the floor high stress by usinf the pressure relief of cottinf yroove；and to reinforce the floor by combineP support techno W ay of bolt, cable and yroeUnf. The fielW applicaPon results show that the floor heave prevention and control scheme has yoo8efect,Ww repair wo W quanti-ty and remarkaPle economic benefit,which can provide some reference for the floor heave prevention and control of deep mine soft roch roabway uuder similar conditions.Key words:deep mine；soft roch roabway,floor heave；pressure relief of cottinf yroove；high stress of floor0引言随着我国煤炭资源大规模、超强度开采，采掘活动进一步向深部开展，进入深部后煤炭采掘工作受三高一扰动影响更为明显，其中深部软岩巷道支护工程更是需要直接明对,无法完全攻克的技术难题。
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（ 2012 － 03 ）
· 21·
潘一东矿软岩巷道底鼓机理与控制方法
汪良海， 阚甲广， 钱德雨
（ 中国矿业大学 矿业工程学院 ， 江苏 徐州 221008 ）
要：底鼓难题是制约深部矿井安全生产的关键因素之一 。基于固支岩梁力学分析， 分析了影 响巷道底鼓的主要因素， 并针对性地提出了底鼓治理的系统控制法 ， 结合潘一东矿巷道具体地质 摘 条件， 通过数值模拟的方法确定了合理支护参数 。 关键词：底鼓； 固支岩梁； 系统控制法； 有效承载宽度 中图分类号：TD327． 3 文献标志码：A 文章编号：1003 － 496X（ 2012 ） 03 － 0021 － 04
表1
测点水平 /m － 847 最大主应 力 / MPa 30． 02
地应力测试结果
垂直应力 / MPa 16． 83 最小主应 力 / MPa 9． 46 最大水平 应力方向 / （ ° ） NE87
2
力学分析
岩体在长期的地质运动作用下其内部赋存大量 裂隙等初始损伤缺陷， 这些缺陷尺寸相对岩体 节理、 尺寸可近似为低阶小量， 因而可用损伤的宏观效应 ［8 ］ 来研究岩体梁中节理等的总体效应 。 现假设巷 道底板为两端固支的损伤岩梁结构 （ 纵向取单位宽
记岩梁的损伤程度参量为 D， 且 D = 0 表示岩梁 无损伤； 0 ＜ D ＜ 1 对应于岩梁的不同损伤程度； D = 1 表示岩梁完全断裂。 由损伤力学知， 受损岩梁的 损伤本构关系为： （ 1） σ = E0 （ 1 － D） ε 式中， σ 为受损岩梁的有效应力， ε 为受损岩梁 E0 为无损伤时岩梁弹性模量。 的有效应变， 利用模型的对称性， 记梁中截面的弯矩为 M0 ，
· 22·
（ 第 43 卷第 3 期）
试验·研究
度） ， 其内部赋存大量的节理裂隙， 该结构的力学模 型如图 1 。
则 M0 的数值应使得中截面处转角为 0 ， 进而算出该 为满足 截面的弯矩和挠度。 根据梁结构叠加原理， 中截面处转角为 0 ， 计算得到中截面弯矩为： 2 3 ql q'm M0 = － 24 3l 进一步计算得到中截面处挠度 y 为： ql4 － 16 q'lm3 + 16 q'm4 y= 384 E0 （ 1 － D） I （ 2）
Research on Mechanism and Control of Roadway Floor Heave in Panyidong Coal Mine
WANG Liang － hai，KAN Jia － guang，QIAN De － yu （ School of Mine Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008 ，China） Abstract： Floor heave is one of the key factors hindering the safety production of deep mines． Based on the mechanics analysis of damaged rock beam， the main influence factors of floor heave are analyzed． Aiming to those，the system control method of floor heave has been proposed． Combined with specific geological conditions of Panyidong coal mine，the reasonable supporting parameters is determined by numerical simulation． Key words： floor heave； fixed rock beam； system control method； effective bearing width
（ 3）
l － 底板岩梁的长度； m － 巷道两帮的有效承载宽度 q' － 两帮上的支撑压力 ； q － 作用在底板上的应力
令 K = E0 （ 1 － D ） I， 为岩梁的损伤刚度。 则式 （ 3 ） 可改写为： y= ql4 － 16 q'lm3 + 16 q'm4 384 K （ 4）
图1
损伤岩梁力学模型
巷道由于掘进或受回采影响引起其围岩应力状 使 态发生变化以及在维护过程中围岩性质的变化 ， 顶底板和两帮岩体变形并向巷道内移动， 底板向上 ［1 ］ 隆起， 这种现象称之为底鼓 。 随着矿井开采深度 的增加， 巷道在深部极其复杂的应力条件下 ， 其整体 稳定性急剧恶化， 其中底鼓尤为突出， 严重影响了矿 井的安全生产。针对巷道底鼓这一难题， 许多学者 就底鼓机理和控制措施进行了大量的研究 ， 取得了 丰富的成果， 归纳起来为： 底鼓机理方面认为， 底鼓 包括挤压流动性底鼓、 挠曲褶皱性底鼓、 遇水膨胀性 底鼓和剪切错动性底鼓； 底鼓控制方面形成了加固 ［2 － 7 ］ 。这些研究成果对解决某 法和卸压法 2 种思路 些情况下的底鼓起到了很好的作用， 但对深部复杂 条件下软岩巷道底鼓收效甚微， 究其原因为单一片 面的控制方法已不能够适应深部复杂的应力环境 。 基于固支岩梁力学分析， 分析了影响巷道底鼓的主 要因素， 在此基础上提出了底鼓治理的系统控制法 ， 采用数值模拟的方法确定合理支护参数 。 1 工程概况 潘一东矿井位于安徽省淮南市北部潘集区， 矿
基金 项 目： 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 （ 2010QNA29 ）
井分 2 个水平开采， 分别为 － 848 m 和 － 980 m， 试 其断面为直墙 验点为 － 848 m 水平井底车场巷道， 半圆拱形， 中高 × 宽 = 4． 5 m × 5． 6 m。 本段位于二 叠系上石盒子组含煤岩层， 岩性以花斑泥岩、 炭质泥 泥岩、 砂质泥岩为主， 矿井地压大， 巷道围岩较为 岩、 松软破碎， 稳定性差， 加之 F32 断层沿东西方向贯穿 井底车场， 其构造应力对井巷稳定性的影响进一步 给安全生产带来严重影响。 巷道充水因素主 加剧， 要为顶板砂岩裂隙水， 以静贮量为主， 局部裂隙发育 处可能出现短期滴淋水现象， 总体上水文地质条件 较简单。该井底车场处地应力测试结果见表 1 。