董繼華 郝朋偉

摘 要：軟巖巷道底板注漿是巷道底臌治理的有效方法之一，底板注漿方法也在悄然推廣，但應(yīng)用的效果不盡人意，原因在于底板注漿深度不夠，而且底板水的影響未得到應(yīng)有的重視。文章對(duì)軟巖巷道底板松動(dòng)圈特征進(jìn)行了分析，并指出了軟巖巷道底板注漿的重要作用，在此基礎(chǔ)上給出了一種切實(shí)可行的底板注漿方法。分析結(jié)果表明：在圍巖應(yīng)力及水的共同作用下，軟巖巷道底板松動(dòng)圈遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過幫頂，可達(dá)4米以上；軟巖巷道底板注漿的重要作用在于排出底板松動(dòng)圈圈內(nèi)的游離水，提高巷道底板強(qiáng)度；底板注漿包含三個(gè)重要步驟：底板水利通道封堵，底板游離水抽出，底板深孔注漿。文章揭示了現(xiàn)有底板注漿方法的誤區(qū)，所提出的底板注漿方法可以很好地解決軟巖巷道底臌問題，有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道；底板注漿；松動(dòng)圈；底板游離水

引言

隨著礦山開采深度的不斷增加，底臌幾乎成了所有深部巷道的通病[1，2]，而且深部巷道的破壞往往從底臌開始[3]。對(duì)此學(xué)者們進(jìn)行了大量的分析和討論，嘗試了很多底臌治理的新方法，得到了很多有益的結(jié)論，但深部普遍底臌的現(xiàn)象并未從根本上抑制。

底板注漿是被廣泛應(yīng)用的底臌控制的方法之一[4]，但應(yīng)用效果卻不盡人意，因?yàn)楝F(xiàn)行的底板注漿方法與幫頂注漿方法幾乎雷同，注漿孔間排距大都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，注漿孔深度根據(jù)幫頂松動(dòng)圈深度確定。

事實(shí)上，拱形巷道底板的松動(dòng)圈深度遠(yuǎn)大于幫頂松動(dòng)圈，而且底板還長期受到水的浸泡作用。煤礦開采所接觸的巖層大多為泥巖及砂巖或砂泥巖互層。除了少量特別堅(jiān)硬的砂巖外，大部分巖層在水的長期浸泡作用下強(qiáng)度會(huì)大大降低。

因此，底板注漿孔的深度應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幫頂注漿孔，而且底板注漿前應(yīng)該將隱藏在底板松動(dòng)圈中的水排出，保證水泥漿液順利地進(jìn)入底板裂隙之中。

1 拱形巷道不同部位松動(dòng)圈特征分析

1.1 拱形巷道的外接圓理論

根據(jù)實(shí)際使用需要，礦山巷道多設(shè)計(jì)成拱形。拱形的邊界包含一段弧線和三段直線，無法用一個(gè)方程來表征，進(jìn)行解析計(jì)算過程中的邊界條件問題也就沒辦法解決。因此，拱形巷道開挖后周邊圍巖的應(yīng)力及應(yīng)變問題還沒有找到解析解[5]。

通過巷道的頂點(diǎn)、巷幫與底板的兩個(gè)交點(diǎn)可以做拱形巷道的一個(gè)外接圓。用拱形巷道的外接圓代替拱形巷道本身進(jìn)行解析分析勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，對(duì)于巖石類材料來說，此三段梁存在與否都不會(huì)對(duì)圍巖的應(yīng)力分布形成太大的影響。圓形巷道周邊圍巖應(yīng)力及應(yīng)變分析可以通過經(jīng)典的彈塑性理論得到非常準(zhǔn)確的解析解。

1.2 拱形巷道松動(dòng)圈特征分析

在圓形巷道開挖后，在豎向及水平應(yīng)力的作用下，周邊圍巖會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橢圓形的松動(dòng)圈，松動(dòng)圈的形態(tài)取決于豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力之間的關(guān)系：豎向應(yīng)力較大時(shí)，橢圓的長軸是水平方向的；水平應(yīng)力較大時(shí)，橢圓的長軸是豎直方向的。

A、B、C三段相互鉸接的梁不會(huì)對(duì)松動(dòng)圈以外巖體內(nèi)應(yīng)力的分布狀態(tài)造成太大的影響，卻對(duì)拱形巷道松動(dòng)圈的分布狀態(tài)產(chǎn)生巨大影響，其結(jié)果是巷道頂部、幫部、底板松動(dòng)圈的深度大不相同。進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試及分析時(shí)，應(yīng)該以圓形巷道的尺寸為基本依據(jù)，而后充分考慮A、B、C三段相互鉸接的梁的影響。一般情況下巷道底板的松動(dòng)圈深度最大，兩幫其次，頂部最小。

2 底板注漿的主要作用

如前文所述，高應(yīng)力軟巖巷道的破壞大多是從底臌開始的，主要原因可概括為三個(gè)：

（1）底板松動(dòng)圈深度最大。

（2）底板的直接支護(hù)強(qiáng)度最低。

（3）水對(duì)底板的弱化作用最明顯。

底板注漿，尤其是巷道全斷面注漿，可以產(chǎn)生三方面的良好作用：

（1）很好地將整個(gè)松動(dòng)圈范圍內(nèi)原本松散的巖塊重新粘接，大幅提高其承載能力。

（2）保證巷道底板錨索、錨桿的錨固效果，也即是說，保證底板直接支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮應(yīng)用的作用。

（3）將底板內(nèi)游離的水排出，使底板松動(dòng)圈不再因水的浸泡而進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 底板注漿難點(diǎn)分析

底板注漿與幫頂注漿所用的材料、機(jī)械設(shè)備基本相同，但是底板松動(dòng)圈深度最大，而且有大量游離水存在，要想保證注漿效果，就必須首先排出游離水，并且施工深度足夠的注漿孔。

底板注漿在兩淮礦區(qū)多有實(shí)施，但是總體效果不如人意。原因在于底板成孔機(jī)械缺乏，而且已有的底板注漿方案大都將幫頂注漿工藝照搬，根本沒有考慮到底板水的影響。

巷道底板游離水的來源有三個(gè)：巷道掘進(jìn)過程中的施工用水、幫頂淋水、水溝滲水。三個(gè)來源的游離水都會(huì)在底板松動(dòng)圈內(nèi)長期積存，雖然水量都不大，但幫頂淋水、水溝滲水都是“有源之水”，會(huì)源源不斷地向底板滲入。

巷道若底臌嚴(yán)重就表明其底板松動(dòng)圈深度極大，一般超過3.5米，甚至更深。松動(dòng)圈內(nèi)鉆孔與流沙層內(nèi)鉆井所面臨的難題類似：鉆孔塌陷，也就是說，鉆孔成形后，鉆頭剛一拔出，淺部1.5米范圍內(nèi)的鉆孔立刻全部嘬合，使得錨桿、錨索、注漿管等支護(hù)材料無法安裝。

現(xiàn)有的效率比較高的底板成孔機(jī)械只有ZQJJ-200/1.8型底板錨索鉆機(jī)。該鉆機(jī)能以3-5min/m的速度向底板鉆孔，最大鉆孔深度超過20米，但是面對(duì)松動(dòng)圈范圍內(nèi)松散煤巖體帶來的嚴(yán)重的塌孔問題，該鉆機(jī)也無能為力。

底板注漿之前，應(yīng)該首先將底板游離水排出，并按照下述方法施工。

4 底板注漿方法簡述

4.1 鋪設(shè)地坪

按照常規(guī)的地坪鋪設(shè)工藝鋪設(shè)巷道地坪。

4.2 底板排水

對(duì)于長度超過300米的巷道，底板排水前必須將整條巷道分割為水利通道不連通的幾個(gè)區(qū)段。每個(gè)區(qū)段的長度控制在80-100米之間。方法如下：

（1）在預(yù)分割巷道區(qū)段的兩端，用普通風(fēng)錘或風(fēng)煤鉆按照1米左右的間距施工4-5個(gè)500-1000mm的淺孔，并進(jìn)行淺孔低壓注漿，將底板淺部1-1.5米左右范圍內(nèi)松散巖體初步粘接。之所以將注漿孔間距設(shè)定在1米左右，是因?yàn)榈装遄{時(shí)漿液的擴(kuò)散半徑較小，一般不超過1.5米。-470水平三條大巷底板寬度均超過4.5米，宜布置5個(gè)底板注漿淺孔。

（2）淺部注漿24小時(shí)后，繼續(xù)用風(fēng)錘或風(fēng)煤鉆施工1.5-2.0米的中等深度注漿孔5個(gè)，注漿后將松動(dòng)圈范圍內(nèi)大部分松散體粘接成一體。

（3）中孔注漿24小時(shí)后，用ZQJJ-200/1.8型底板錨索鉆機(jī)施工7米的深部注漿孔三個(gè)（底角部位的注漿孔不必施工），并進(jìn)行高壓注漿（注漿壓力不小于2Mpa），使得被分割巷道的水利通道徹底封閉。

（4）用ZQJJ-200/1.8型底板錨索鉆機(jī)，在被分割巷道區(qū)段內(nèi)，以20-25米的排距，按照上述由淺入深的方法，在巷道中央施工深度7米的集水孔。

（5）用風(fēng)動(dòng)自吸泵將巷道底板內(nèi)的游離水自集水孔抽出。底板內(nèi)的存水向集水孔滲入的過程比較緩慢，因而自吸泵抽水的時(shí)間不宜小于24小時(shí)。

4.3 底板注漿

在底板內(nèi)游離水排出后，利用原有的集水孔進(jìn)行深孔注漿。因?yàn)樵缺挥坞x水占據(jù)的空間都已充分暴露，底板的深孔注漿擴(kuò)散范圍也會(huì)大大提高，間隔20米的注漿孔也能滿足需要。此時(shí)的注漿壓力會(huì)很小，水泥漿液只能把原有的裂隙充填。

在集水孔注漿結(jié)束72小時(shí)后，按照相同的排距施工7米的深部注漿孔，對(duì)底板進(jìn)行二次注漿。此時(shí)的注漿壓力不能小于2Mpa，而且注漿壓力達(dá)到2Mpa后，應(yīng)繼續(xù)保持10分鐘，使?jié){液的擴(kuò)散范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，將整個(gè)底板松動(dòng)圈徹底膠結(jié)成一體。

5 結(jié)束語

現(xiàn)有的底板注漿方法之所以沒有達(dá)到預(yù)期的效果，原因在于它照搬了幫頂注漿的工藝，事實(shí)上，底板注漿的關(guān)鍵因素有兩個(gè)：施工足夠深的注漿孔，將底板內(nèi)的游離水排出。走出現(xiàn)有底板注漿方法的誤區(qū)，底板注漿必能成為控制巷道底臌的有效方法之一。

參考文獻(xiàn)

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[5]吳家龍.彈性力學(xué)[M].高等教育出版社，2001.

作者簡介：董繼華（1965-），安徽濉溪人，1986年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院，一直工作于淮北礦業(yè)集團(tuán)，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。