张志伟

(开滦集团蔚州矿业公司 北阳庄矿，河北 张家口 075799)

1 基本概况

1.1 地理概况

北阳庄井田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，西以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)为界与单候井田毗邻，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 泵房概况

泵房位于岩层中;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。

泵房为上部半圆(直径Φ5200mm)，下部矩形(5200 ×3550mm)形状;内尺寸为5200 ×6150mm，外尺寸为6200 ×6750mm。如图1.1 所示。

图1.1 巷道尺寸简图

2 巷道底鼓发生原因与防治措施概述

2.1 巷道底鼓特征

基本巷道的底鼓通常具有流变性，底板岩体随着时间持续地向巷道内鼓出。

在以下3 种情况下底鼓往往成为影响巷道稳定性的主要间题，需要采取专门的防治措施:(1)当巷道为软弱岩层或巷道位于断裂带、风化带附近时底鼓往往十分强烈;(2)受采动影响的巷道比不受采动影响的巷道底鼓破坏剧烈;(3)有水的巷道底鼓严重。

大量的现场观测和实验室试验研究表明，由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，底板岩体鼓入巷道的方式及其机理也不同，一般可分为4 类:挤压流动性底鼓、扰曲褶皱性底鼓、遇水膨胀性底鼓和剪切错动性底鼓。

2.1.1 挤压流动性底鼓。在下列情况下会发生挤压流动性底鼓:(1)直接底板为软弱岩层(如粘土岩、煤等)，两帮和顶板的强度大大高于底板的强度(如两帮和顶板为砂岩并进行有效支护)。在两帮岩柱的压模效应和远场地应力的作用下，底板软弱岩层挤压流动到巷道内。(2)整个巷道都位于松软破碎的岩中，这时巷道周边的围岩松动圈很大，两帮的应力集中区转移到岩体深部，受远场地应力场挤压作用周边破坏岩体向巷道内流动，不封底时底鼓速度通常比顶帮收敛速度大得多。

2.1.2 挠曲摺皱性底鼓。当底板岩层为层状岩体时，即使是中硬岩体，如果底板与应力状态满足一定的关系时也可能发生底鼓。这种底鼓的机理是由于底板岩层在平行于层理方向的压力作用下向底板临空方向挠曲摺皱而失稳。

2.1.3 遇水膨胀性底鼓。膨胀岩是指那些与水的物理化学反应有关的随时间而发生体积增大的岩石，其矿物成分中含有物理化学性质活泼的蒙脱石。由于煤矿巷道底板经常积水，膨胀岩浸水后膨胀受到约束时，则产生膨胀压力。

2.1.4 剪切错动性底鼓。当巷道直接底为完整岩层且厚度大于1/3 巷道宽度时，在较高岩层应力作用下，底板一般为剪切破坏，形成楔块岩体后在水平应力挤压下产生错动而使底板鼓出。底板剪切楔块产生是由底板岩体中的应力状态所决定。由于底角处存在较高应力集中，因而首先形成剪切破坏带，随着破坏的发展剪切带贯通而形成楔形破坏。当顶板和两帮的岩性与底板相当时，在顶板和两帮也同样会产生楔形破坏。

2.2 影响底鼓主要因素

引起底鼓的因素很多，其中影响最大的是底板围岩性态和岩层应力，其次是水理作用、支护强度和巷道断面形状。

2.2.1 围岩性态。围岩性质和结构状态对巷道底鼓起着决定性作用，底板岩层的结构状态(破碎结构、薄层结构、厚层结构)决定着巷道底鼓的类型;底板岩层的软弱程度决定着底鼓量的大小。

2.2.2 岩层应力。岩层性态是巷道底鼓的充分条件，岩层应力则为必要条件。只有岩层应力满足一定条件时才会底鼓，岩层应力越大，底鼓越严重。

2.2.3 水理作用。煤矿生产的特点之一是巷道底板往往积水，水的存在使得底鼓更加严重，主要表现在3 个方面:(1)底板岩层浸水后其强度降低，更容易破坏;(2)当底板为高岭石、伊利石等为主的粘土岩时，浸水后往往会泥化、崩解、破裂，直至强度完全丧失，形成挤压流动性底鼓;(3)当底板为含蒙脱石和伊蒙混层等膨胀岩层时会产生膨胀性底鼓。底板积水时，水不仅与暴露的底板岩体发生接触，还要通过裂隙渗入到底板内部，加速底板围岩的强度丧失和体积膨胀，这又导致裂隙的进一步扩大，形成恶性循环。

2.2.4 支护强度。巷道的底板通常处于敞开不支护状态是由于以下原因:(1)生产上出于安全考虑，总是加固或支护巷道的顶板和两帮以防止冒顶和片帮，而认为底板即使破坏也无关紧要;(2)挖底出碴工作量大，浇筑底拱费事;(3)锚固底板施工比较困难;(4)一旦支护控制不住底鼓，卧底时还需要清理损坏的支护，工作量更大等。这是巷道底鼓量一般都大于顶板沉降量的重要原因。

2.2.5 巷道断面形状。为了有效利用断面，煤矿巷道断面通常采用梯形或直墙拱顶等形状，由于底板不能形成稳定的拱形结构使得底鼓量加大。

2.3 巷道底鼓综合治理

底鼓引起巷道围岩变形，收缩破坏乃至冒落给维护带来困难，不利安全生产，增加维护费用;因此，如何经济有效地治理底鼓道工程中迫切需要解决的问题。

巷道发生底鼓的原因极其复杂，有的是岩石遇水膨胀，有的是高地应力的影响，维护极其困难。目前控制巷道底鼓的有效技术措施主要有:

(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，因此，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。施工巷道要有防水措施，做到预防为主。编制作业规程时，必须考虑治水方法，防水系统、防水设备和防水设施要齐全，做到有备无患。

3 底鼓治理措施

经过现场观测和分析，可知北阳庒煤矿泵房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，借鉴水仓底鼓治理，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)。如图3.1 所示。

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。如图3.1 所示。

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。如图3.1 所示。

图3.1 底板锚网与反底拱加固断面示意图

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。