巷道底鼓分析
塔然高勒煤矿巷道底鼓原因分析及其治理
塔然高勒煤矿巷道底鼓原因分析及其治理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。
标签：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。
煤矿开采巷道底鼓原因分析
煤矿开采巷道底鼓原因分析煤矿生产中巷道底鼓是煤矿井巷中常发生的一种动力现象，它与围岩的性质、采动影响、开采深度及地质构造等直接相关。
在巷道顶、底板移近量中，人们已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，所以大约有2/ 3是由于底鼓引起的。
这类问题给生产中的矿井，特别是软岩矿井的建设和生产带来极大困难。
底鼓使巷道变形、断面变小，影响通风、运输，制约矿井安全生产。
1 底鼓的基本形式及影响因素1.1 底鼓的基本形式根据国内外有关底鼓资料的综合分析，巷道底鼓大致可以分为三类:1.1.1 膨胀性底鼓——由于岩质变态膨胀产生的底鼓。
多发生在矿物成分含蒙脱石的粘土岩层，膨胀岩是与水发生物理化学反应，引起岩石含水量随时间而增高且体积发生膨胀的一类岩石，属于易风化和软化的软弱岩石。
1.1.2 挤压性底鼓——岩壁或刚性衬砌在上部压力下插入底板或挤压底板造成跨中隆起的底鼓。
通常发生在直接底板为软弱岩层(如粘土岩、煤等) ，两帮和顶板比较完整的情况下。
在两帮岩柱的压模效应和应力的作用下，整个巷道都位于松软破碎的底板岩层向巷道内挤压流动1.1.3 张性底鼓——底板岩层由于断面上大压力作用而产生带方向性的强烈褶曲隆起所造成的底鼓，它与顶部张性破坏区处于同一轴线上。
前两类为持续型底鼓，而后一类为应力释放短暂型底鼓。
1.2 底鼓的影响因素1.2.1 围岩性质:围岩性质和结构对巷道底臌起着决定性作用，底板岩石的坚硬程度和厚度，决定着底臌量的大小。
1.2.2 地压：围岩中存在高地压是造成巷道底鼓的决定性因素，深部巷道遇到底鼓的情况比浅部巷道多，这完全是由于地压增高所致。
位于残留矿柱下面的巷道也有底鼓的现象，这是因为存在着一个高地压带。
1.2.3 水对岩石强度的影响:①由于水的作用减少了岩石层理、节理和裂隙间的摩擦力，使岩石的整体连接强度降低，使岩体沿岩层的节理面、层理面和裂隙面形成滑移面，并将原来层间连接紧密的岩体分为很多薄层，甚至完全丧失强度②岩石中的某些矿物成分遇水产生膨胀。
煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究
煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究随着煤矿深度开采和煤炭产量的增加，煤矿巷道底鼓问题成为了一个严重的安全隐患。
底鼓是指煤矿巷道底部发生的局部隆起或下沉现象，严重影响了矿井的安全生产。
为了解决煤矿巷道底鼓问题，矿业领域的专家学者们进行了大量的研究和实验，提出了一系列的测试和治理技术，本文将对这些技术进行深入探讨。
1. 底鼓监测技术底鼓监测技术是指通过安装传感器和监测设备，对煤矿巷道底部的变形和位移进行实时监测和记录。
常见的底鼓监测技术包括激光测距仪、位移传感器、应变片、倾斜仪等设备的应用。
利用这些监测技术，可以实时了解底鼓的变形情况，及时发现问题并及时采取措施进行处理。
2. 底鼓成因分析技术底鼓成因分析技术是指通过采集地质、地震、地下水等多方面的数据信息，对底鼓的成因进行深入分析。
通过分析煤层、岩层的构造、物理力学性质等参数，可以找出底鼓发生的原因，为后续的底鼓治理技术提供科学依据。
二、煤矿巷道底鼓治理技术研究1. 岩层注浆技术岩层注浆技术是指利用注浆材料，对底鼓周围的岩层进行注浆加固。
注浆材料可以选择水泥浆、聚合物浆等，通过注浆加固可以有效改善矿巷底部的岩体力学性质，提高其抗压、抗剪强度，从而减缓或避免底鼓的发生。
2. 煤层顶板支护技术煤层顶板支护技术是指对煤层的顶板进行加固，从而减缓或避免底鼓的发生。
常用的煤层顶板支护技术包括煤层顶板钢架支护、锚杆支护、预应力锚杆支护等。
这些支护技术可以有效提高煤层的稳定性，减少底鼓的发生。
3. 底鼓综合治理技术底鼓综合治理技术是指结合岩体力学、地质灾害学、矿山测量学等学科知识，对底鼓进行综合治理。
该技术可以通过结构加固、灌浆加固、控制矿压、改善地质条件等手段，减少底鼓的发生，并对已经发生的底鼓进行治理。
1.某煤矿在煤层采煤过程中，发现了底鼓现象。
经过底鼓监测技术的实时监测和分析, 发现底鼓是因为煤层顶板结构不稳定所致，并采用了煤层顶板支护技术对煤层进行了加固，最终消除了底鼓隐患。
巷道底鼓类型及治理措施
巷道底鼓治理底板一般做成水平的，从形状上看不如拱形稳定，而且底板跨度比边墙高度要大，因此底板支护难度比顶板和两帮不小。
底鼓问题的出现与人们对底板支护不重视有关，顶与帮支护力度都比较大，底板则是一个薄弱部位。
经常是不采取任何支护措施.1.底鼓类型1）低强度或破碎软岩挤入性底鼓第一种情况底板岩石强度低、破碎，如软砂岩等，两帮和顶板岩层完整、强度大大高于底板。
底鼓机理是两帮的压模效应和在水平应力作用下底板被挤入巷道内。
淮北芦岭矿6号交岔点，顶、帮用U钢支护，底板为后6m的粘土岩，并且没有支护，在两帮压模效应和地应力作用下，巷道底板鼓起1200mm。
第二种情况整个巷道位于极软岩层中淮南谢桥矿c组大巷位于松软的泥岩中，层理发育，埋深440m，断面高4m，宽5.6m。
全断面锚喷支护，缝管锚杆长1.8 m，0.5×0.5 m布置，顶帮喷浆厚度20 mm，底板100mm。
巷道开挖70天后底鼓1000mm，.原因缝管锚杆支护强度不足。
第三种情况碎张性底鼓巷道整个围岩（顶、底、帮）都在破碎岩层中，此时不存在压模效应，顶和帮施加支护，底板不支护，在地应力作用下底板岩石挤入巷道内。
徐州柳新况211工作面运输巷位于断层附近，围岩破碎，在地应力作用下，破碎围岩产生显著碎胀变形，底板没有支护措施，碎岩从底板挤入巷道，巷道由梯形变为矩形。
（2）遇水膨胀性底鼓当底板是遇水膨胀岩石时，由于水的作用，岩石体积增大，底板挤入巷道。
（3）薄层状岩石溃折性底鼓（结构性失稳底鼓）当底板是层状岩体时，岩层厚度小于巷道跨度的1/8~1/15时，在水平应力作用下，岩层发生溃折失稳，底板鼓起。
实例：龙口洼里矿底板为层状页岩，开挖后底板鼓起1000mm。
此类底鼓与巷道跨度关系密切。
（4）剪切错动性底鼓（高应力剪切性底鼓）底板岩石较完整，层厚大于巷道跨度的1/7，不会形成溃折性底鼓。
在高应力作用下，底板角部应力集中，被剪切破坏，形成底鼓。
13.2 有限元研究的某些结论在底板角部形成应力集中也时在角部最大集中系数达4，底板出现塑性区。
煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究
煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究煤矿是我国重要的能源产业，其发展对于国民经济的贡献不可忽视。
但同时，由于煤矿工作条件极其恶劣，存在众多安全问题，如瓦斯爆炸、煤层突出等，严重影响到矿工的生命安全和工作稳定性。
煤矿巷道底鼓被认为是诱发矿井灾害的重要因素之一，因此煤矿巷道底鼓测试和治理技术显得尤为重要。
一、矿井巷道底鼓的特点巷道底鼓是指煤矿巷道底部因矿压作用而形成的凸起，最为常见的一种底部变形。
煤矿中巷道底鼓的形成具有复杂性、难以预测性、破坏性大等特点，主要原因是地压反力小、煤柱底部支撑弱或无支撑、矿石体内部失稳等。
1、巨大性。
底鼓的高度一般在0.5-2m，宽度在2-20m，底面积可达几十平方米以上。
2、成因复杂。
底鼓形成的复杂机理无法直接通过单一的方法描述，可能与非均质煤层厚度、构造及地质构造性质、工作面采煤技术等多种因素有关。
3、寿命短。
底鼓的寿命一般在2周以上，因而及时对其进行治理很有必要。
4、危害性大。
底鼓的存在会引起巷道底部炸裂、巷道支护材料变形破坏、巷道通风难度增大，在排热、通风、排水和瓦斯抽放等方面造成不良影响，使矿井生产受到严重影响，给企业带来经济上的损失。
煤矿巷道底鼓的测试技术主要有以下几种：1、地震勘探法。
利用地震波在煤岩中的传播特性，检测煤岩中的动力学参数，可以得到准确的底鼓位置、形态和强度，并对其发生机理进行分析和判断。
2、测量技术。
利用测量仪器如激光测距仪、全站仪等对巷道底部进行测量，可以得到巷道底部几何形状、高度、宽度、长度等参数。
3、煤岩声学测量。
利用冲击震源和岩石体的声波反射和折射特性，可以检测出底鼓的位置、形态和内结构，以及煤巷顶板的动态变化情况。
4、矿压局部响应测试。
利用安装在巷道壁上的矿压测试仪测定巷壁应力、应变的变化来判断底鼓的位置和大小。
上述检测方法各有优缺点，应综合采用才能得到更加准确的结果。
1、辐射预裂解方法。
利用锚杆和支撑管道将底鼓边缘区域进行预裂解，并在支护杆和锚杆的配合下，达到治理底鼓的目的。
底鼓的原因与防治
底鼓1.定义与介绍受采掘工程的影响，巷道顶底板和两帮岩体产生变形并向巷道内产生位移，巷道底板向上隆起的现象即称之为底鼓，也有文献称底臌。
底鼓所导致的巷道断面缩小、阻碍运输和行人、妨碍矿井通风，使得许多矿井不得不投入大量的人力和物力去做“挖底”等临时的处理工作，严重的会造成整条巷道的报废，对矿山的生产与安全产生很大的制约。
2.巷道底鼓的原因引起巷道底鼓的原因主要来源于两方面: 地质因素和人为因素。
2.1地质因素2.1.1 地质构造地质构造主要表现为断层和褶曲，在支承压力影响下，岩体就由弹性应力状态转变为塑性应力状态，导致岩体中出现连续剪切滑动面，最终因底板岩层失稳、破裂而引起严重底鼓。
2.1.2 水理作用巷道在施工过程中，由于水的渗入，增强了岩体的塑性流变和膨胀流变，致使岩体的承载能力明显降低，在高支承压力作用下迫使巷道围岩沿四周向巷道内挤压，在岩体薄弱环节形成鼓胀和应力集中释放区，造成底鼓。
2.1.3围岩性质具有底鼓现象的矿井中，巷道底板往往是松软的粘土层、页岩或其它强度较低的岩石。
在围岩压力作用下，导致巷道两帮内移、底板鼓起。
2.2人为因素2.2.1巷道布置巷道布置在地质构造带时，构造应力集中。
在断层带附近，上覆岩层在能量传递过程中阻断了能量传递的连续性，在围岩体薄弱环节尤其是未支护的巷道底板岩层中，产生强烈底鼓; 在褶曲地带，尤其是向背斜轴部也是高应力集中区，如果弹性变形能得不到有效释放，可能在围岩体两帮产生挤压变形，之后能量进一步向底板转移，促使底板抬高、鼓出。
2.2.2支护强度巷道开挖后，围岩暴露于空气中，两帮煤岩体在高支承压力作用下形成一定范围内的破碎区和塑性流动区，如果巷道未采取有效支护或支护强度不足以抵抗外界的变形，围岩体就向巷道内挤压，形成“二次水平应力”，随着时间的推移，巷道两帮支承压力不断向围岩体内部移动，而两帮和底板岩层的塑性流动区也不断扩大，并且伴随着顶板和两帮的下沉，导致底角岩体不断涌向巷道内，形成底鼓。
深部回采巷道底鼓力学机理分析与研究
深部回采巷道底鼓力学机理分析与研究摘要：通过深部回采巷道底鼓的发生、发展及诸因素相互作用结果力学机理分析，得出了回采巷道的底鼓不仅与底板岩层的力学特性有关，还与开采深度、工作面超前支承压力、顶板及上覆岩层变形、两帮变形有关，是诸因素综合作用的结果。
关键词：深部底鼓力学机理巷道底鼓一直是煤矿地下开采工程中难以解决的问题之一，强烈的底鼓带来大量的维修工作，增加巷道维护费用，严重影响着矿井的安全生产。
加之开采深度的不断增加或受到采动影响，回采巷道底鼓现象表现优为突出。
因此，研究深部回采巷道底鼓力学机理意义重大，为巷道底鼓的控制提供科学依据。
1 掘进对底板岩层的影响巷道开挖以后，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。
岩石在不同应力状态下存储不同的应变能。
应力状态改变时，应变能也随之改变。
原岩最大压应力大于围岩的单轴抗压强度时,在巷道开挖过程中，岩石会挤压破碎。
回采巷道掘进时，当水平地应力大于垂直地应力时，巷道的开挖对底板岩石来说，是降低了围压，当水平应力超过底板岩石的单轴抗压强度时，底板在开掘过程中即遭破坏；反之底板是稳定的。
当垂直地应力超过水平地应力，巷道的开掘减少了最大主应力。
此时，若水平地应力小于岩石单轴抗压强度，底板则是稳定的，底板的变形属应变回弹。
从能量的角度分析，底板岩层处于三向应力状态时，允许储存很大的应变能。
巷道开掘后，在周围形成应力集中区，在应力集中区形成能量集聚。
当围岩最小主应力降低，允许储存的能量随之降低。
如集聚的能量大于该点的极限储存能，多余的能量将自动向深部转移，转移能量的区域产生塑性变形或破裂；当围岩最大主应力降低时，集聚的能量小于该点的极限储存能，因而，岩体是稳定的。
因此，巷道开掘后，底板岩层的破坏与否与岩体本身的力学特性及应力状态有关，并不是巷道开掘后底板岩层便立即遭到破坏。
2 回采巷道底板支承压力分布工作面开始回采后在前方形成的超前支承压力，与巷道两帮原有集中应力叠加，在巷道两帮底板一定范围内形成高应力区，如图1所示。
煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究
煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究煤矿巷道底鼓是指煤矿巷道在开采作业中由于采空区变形导致的底部凹陷或下沉现象，严重时甚至会形成巷道底部的突起。
巷道底鼓会给矿井生产造成很大的隐患，对工人的安全造成威胁，同时也会影响矿井的正常生产。
煤矿巷道底鼓常常是由于采煤工作面上的煤层产生塌陷，导致上覆岩层向下移动，形成差异沉降，从而引起煤巷底部的变形和下沉。
底鼓的形成过程复杂，受到多种因素的综合作用，如采煤方法、煤层性质、岩层结构、地质构造等。
对于煤矿巷道底鼓的测试及治理技术的研究具有重要的意义。
煤矿巷道底鼓的测试包括地质勘探、巷道变形监测、巷道结构探测等方面的内容。
地质勘探主要是了解矿层的特征和巷道周围岩层的情况，为巷道底鼓的治理提供基础数据。
巷道变形监测可以通过激光测距仪、全站仪等设备对巷道进行监测，及时发现巷道的变形情况，以便采取相应的措施。
巷道结构探测是利用无线电波或超声波等技术对巷道进行探测，了解巷道的结构情况，为巷道底鼓治理提供参考。
煤矿巷道底鼓的治理技术可以分为预测治理和后期治理两个阶段。
预测治理是在巷道设计和施工阶段，根据地质勘探结果预测巷道底鼓的可能性，并采取相应的支护措施，如采用合理的支架间距、设置合适的排水措施等。
后期治理则是在巷道开采过程中，根据巷道变形监测结果和巷道底鼓的特点，对巷道进行加固和修补。
常用的治理技术有实体支护、锚杆预应力加固、地下注浆等方法，这些方法可以增加巷道的稳定性，减少巷道底鼓的发生概率。
煤矿巷道底鼓测试及治理技术的研究对于矿井生产的安全稳定具有重要的意义。
通过对巷道底鼓的预测和治理，可以提高煤矿的生产效率，保障工人的安全，减少事故的发生。
煤矿巷道底鼓测试及治理技术的研究需要进一步深入，并结合实际情况进行探索和创新，为矿井安全生产提供有力的支持。
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关于巷道底鼓,国内外许多专家提出了不同的看法:①前苏联的M〃JI〃兹包尔什奇克等认为:巷道底板岩层突然鼓起是由于底板中塑性层对下部移动的阻力,以及底板岩层暴露的面积与周长的比例急剧变化时岩层储存的弹性能释放的结果造成;②德国的M〃奥顿哥特运用相似材料模拟实验研究了巷道底鼓的全过程,他认为巷道岩层的破坏顺序为:首先是两帮岩层由于垂直应力作用被压裂,之后是巷道顶板由于水平压力的作用向巷道间鼓出,其中较先破坏的是直接底板岩层;③我国康红普经过分析计算得出结论,底鼓是由于失稳的底板岩层向巷道内压曲,偏应力作用下的扩容,岩层自身的遇水膨胀;④而贺永年、何正昌通过实测和研究认为,巷道底鼓由两帮岩柱传递顶板压力开始,两帮围岩在挤压底板的同时一起下沉,底板在严重挤压变形的情况下发生断裂,然后底板隆起[xxx]。
底鼓分析
1)在开巷后,由于围岩的“本构关系”即应力—应变关系发生变化,破坏了原有的应力平衡,围岩应力变化造成巷道底板、两帮岩层卸载产生了弹塑性变形向巷道内鼓起。
2)水理作用。
在掘进或使用过程中,由于岩层自身含水及施工用水,使底板岩层遇水后体积膨胀,使围岩强度降低,塑性增大,以至底板向上鼓起。
3)支护强度也是影响底板鼓起的因素,一些巷道支护只注重巷道顶板,未对底板进行任何有效的支护。
在巷道的支护上,一般均采用锚网喷及各种钢性支架有效地对巷道顶帮进行支承,底板未进行支护,而各种支护要承受住来自其周围的压力,为使其不被破坏,只得将各种受力向未进行支护的底板即弱面(自由面)进行传递,体现在顶板下沉,钢性支架下钻底板,破坏了底板原有的应力平衡,以至底板向有空间的巷道内隆起,造成巷道鼓底。
11#煤层及各石门的底鼓即是这样。
4)巷道设计布置也是影响巷道底鼓(破坏)的因素,尤其是地质构造带及煤柱留设的是否合理以及应力集中区的存在,容易造成巷道底鼓破坏。
3巷道底鼓的对策及控制通过对巷道底鼓的分析,结合底鼓的特点,并查阅国内外各种控制底鼓措施,提出治理措施如下:
1)在设计上尽量将巷道布置在远离地质构造带或应力集中区域。
2)控制施工期间的用水,将各种汇集水进行集中排放,减少水对巷道围岩的侵蚀。
3)在巷道断面设计上,从经济角度出发,充分考虑巷道的变形量,力求最优化。
4)回采巷道在布置上优先选择沿空留(送)巷,如不能沿空留(送)巷的,要充分分析受力情况,留设合理的煤(岩)柱,通过实践,大河边煤矿煤柱留设一般在(倾斜方向)20~25m之间,如已回采的
原4132N里下工作面回风巷和4113S外工作面回风巷,其煤柱留设(倾斜)分别为22m和24m,在掘进及回采期间,巷道底鼓变形得到了控制(和未留设煤柱的同一煤层相比),减少了卧底修复量。
4结论
通过对巷道底鼓的认识和分析,并掌握巷道底鼓的特
点和了解影响巷道底鼓的原因,结合矿井的自身特点,在
煤矿生产中有助于在设计及支护上更好的控制巷道底鼓,
减少巷道破坏变形,保证安全生产。
参考文献:
[xxx] 黎开勋,党昌志. 巷道底鼓分析及控制[J]煤炭工程.2008.(9):51～52.。