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【摘要】灵东矿W101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1~2m。为了解决运输和通风等问题，采用太沙基理论分析了底鼓产生的机理，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。
【关键词】软岩；底鼓；锚注支护
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。即使施工中采取一系列防止顶底板破坏的措施，然而巷道施工过程中，仍出现顶板来压较大，造成一段巷道出现大面积垮落、下沉，部分位置下沉量达800mm以上。采取巷道底鼓嚴重，W10102工作面回风顺槽前期底鼓量达1~2m，严重影响煤矿的正常生产。
为此，组成了治理底鼓的技术攻关小组，对底鼓的原因进行了深入的分析。试验首先在W10102工作面回风顺槽进行。在理论指导下完成的巷道底鼓返修支护设计，有望探索出有效的支护技术，为该区和类似地层大断面巷道支护设计提供经验和指导。
1、工程地质条件分析
1.1工程地质概况
灵东煤矿W10102工作面回风顺槽位于Ⅱ2-1煤层中，该煤层倾角较平缓，一般为2~5°；断裂构造不发育，富含水、导水性较差，断层较可靠。该巷道水文地质特征与一般煤田的水文地质特征不同，主要特点是煤层含水。煤层含水层既是主要直接充水含水层和强导水层，又是裂隙含水层。煤层顶板、底板岩层含水层时以裂隙含水层为主的弱含水层，具有一定的隔水作用。第四系砂砾含水层也是主要含水层和强导水层。地下补给水源为煤及围岩露头的大气降水顺层补给。
1.2工程岩石特征
W10102工作面回风顺槽穿越的煤层厚度为14.16~18.55m，煤层节理裂隙发育，顶板松软；煤层已块状为主，粉末状次之，透气性差。煤呈黑褐色，条痕褐色，弱沥青光泽，断口多呈平坦状、贝壳状及参差状，脆性易碎，易风化，可见龟列现象。见有不发生的内生裂隙。煤的结构多为水平层理；煤的硬度系数f值为2.5。顶板岩性为泥岩，底板为细砂岩、泥岩，顶底板岩石强度比煤层强度低，给支护工作带来很大困难。
2、巷道变形破坏机理分析
2.1原支护形式
W10102工作面回风顺槽的支护方式为锚网+钢筋梁+锚索。锚杆选用直径为Φ18mm，长度为L=2100mm的左旋无纵肋螺纹锚杆；托板为碟型钢板，规格为150mm×150mm×10mm金属钢板；每根锚杆配制2卷K2350型树脂锚固剂。选用金属网的规格为6mm@100mm×100mm，长×宽=2000mm×800mm。钢筋梁采用Φ14mm的圆钢焊成。锚索选用Φ15.24mm预应力钢绞线制作，长度L=6.3m；每根锚索使用4卷K2350树脂锚固剂；锚索垫板采用两块垫板叠加，其规格分别为：大托盘规格为20×300槽钢制作，小托盘采用150×150×10mm的扁钢制作。
2.2巷道变形特征
W10102工作面回风顺槽施工过程中，顶、底板压力显现均较为严重。顶部压力的增大导致4根锚索被压断，多根锚索受损。锚杆抗拔力抽查记录显示部分锚杆抗拔力低于设计值的70%。巷道顶板离层、帮部局部出现裂隙现象。巷道施工质量自检抽查优良率仅为50%。在没有受到采动影响、切眼没有施工完成的条件下，回风顺槽的巷道底板底臌表现极为明显，敷设在巷道中的管路严重变形、皮带机不能工作，矿车无法通过。在起底的过程中发现，底板破碎严重，破碎深度达2m以上，底板细砂岩已经记入破碎的煤层底板。局部返修巷道不能达到治理效果，整条巷道面临报废的危险。在距离巷道开口200m处，大约有60m巷道破坏极为严重，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。
2.3巷道变形破坏机理分析
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，从而形成了我们看到的底臌。当两帮的压力越大，底臌越严重；当底板强度越低，底臌越严重。
3、底臌巷道的治理方案
3.1支护设计
底板采用锚、网、带组合支护，锚杆、钢筋网和钢带尽量选用现场已有材料，支护参数见图1.根据上述原理分析，底臌的主要原因为两帮引起的压力转移，次要原因为膨胀性软岩遇水膨胀。支护原则为，在巷道底板两侧形成两道加固墙，组织底板卸荷，将压力转移到巷道两帮下方的底板外侧。
1）在巷道底板两侧分别采用锚杆支护，支护锚杆的规格为Φ20×2700mm。锚杆布置参数间排距1000mm×800mm，错开布置。采用加长锚固方式，两支锚固剂，一支CK2350在内，一支CK2350在外。锚杆扭矩为100N·m,在可能的情况下，尽量提高锚杆的预紧力。
2）采用现场已有的W钢带，其规格为δ7×3600×170mm，布置参数为排距800mm，端头叠加部分长度为300mm，如果采用新加工的钢带，规格为δ7×3400×170mm，布置参数为排距800mm，端头叠加部分长度为200mm。
3）钢筋网规格为，网孔50mm×50mm，网片3400mm×1100mm，接头搭接200mm，绑扎间距为200mm。
3.2支护效果
W10102工作面回风顺槽底臌严重段均采用了底板锚-网-索联合支护方式，施工中注意锚杆的锚固力一定达到设计要求。底板返修后，经矿方、监理联合验收，锚杆验收优良率93%。锚杆抗拔力符合设计要求率达97.5%。经过连续两个月的底板变形观测，最大变形量在30cm以内。巷道底板仅仅通过局部维护，没有出现明显的管路弯曲、矿车难以通行的被动局面。
4、结论
通过对灵东煤矿W10102工作面回风顺槽的底臌治理，控制了煤层巷道底板的显著变形，实现了矿井的安全生产。实践证明，软岩巷道的底板变形主要原因是巷道两帮的压力大，两帮压力转移的底板；次要原因是巷道底板煤岩强度低，不足以抵抗两帮的压力而变形、移动。通过采用底板底角锚杆和底板锚杆支护，钢带将多个锚杆连接起来，形成一个支护整体，类似一道挡土墙，防止地压增加时，锚杆被各个击破，从而有效地治理底臌。当底臌量更大时，可以考虑加大锚杆的密度，增加连体锚杆的钢带规格，甚至采用槽钢等强度和刚度更大的型钢作为连接体，将会收到更好的支护效果。
【关键词】软岩；底鼓；锚注支护
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。即使施工中采取一系列防止顶底板破坏的措施，然而巷道施工过程中，仍出现顶板来压较大，造成一段巷道出现大面积垮落、下沉，部分位置下沉量达800mm以上。采取巷道底鼓嚴重，W10102工作面回风顺槽前期底鼓量达1~2m，严重影响煤矿的正常生产。
为此，组成了治理底鼓的技术攻关小组，对底鼓的原因进行了深入的分析。试验首先在W10102工作面回风顺槽进行。在理论指导下完成的巷道底鼓返修支护设计，有望探索出有效的支护技术，为该区和类似地层大断面巷道支护设计提供经验和指导。
1、工程地质条件分析
1.1工程地质概况
灵东煤矿W10102工作面回风顺槽位于Ⅱ2-1煤层中，该煤层倾角较平缓，一般为2~5°；断裂构造不发育，富含水、导水性较差，断层较可靠。该巷道水文地质特征与一般煤田的水文地质特征不同，主要特点是煤层含水。煤层含水层既是主要直接充水含水层和强导水层，又是裂隙含水层。煤层顶板、底板岩层含水层时以裂隙含水层为主的弱含水层，具有一定的隔水作用。第四系砂砾含水层也是主要含水层和强导水层。地下补给水源为煤及围岩露头的大气降水顺层补给。
1.2工程岩石特征
W10102工作面回风顺槽穿越的煤层厚度为14.16~18.55m，煤层节理裂隙发育，顶板松软；煤层已块状为主，粉末状次之，透气性差。煤呈黑褐色，条痕褐色，弱沥青光泽，断口多呈平坦状、贝壳状及参差状，脆性易碎，易风化，可见龟列现象。见有不发生的内生裂隙。煤的结构多为水平层理；煤的硬度系数f值为2.5。顶板岩性为泥岩，底板为细砂岩、泥岩，顶底板岩石强度比煤层强度低，给支护工作带来很大困难。
2、巷道变形破坏机理分析
2.1原支护形式
W10102工作面回风顺槽的支护方式为锚网+钢筋梁+锚索。锚杆选用直径为Φ18mm，长度为L=2100mm的左旋无纵肋螺纹锚杆；托板为碟型钢板，规格为150mm×150mm×10mm金属钢板；每根锚杆配制2卷K2350型树脂锚固剂。选用金属网的规格为6mm@100mm×100mm，长×宽=2000mm×800mm。钢筋梁采用Φ14mm的圆钢焊成。锚索选用Φ15.24mm预应力钢绞线制作，长度L=6.3m；每根锚索使用4卷K2350树脂锚固剂；锚索垫板采用两块垫板叠加，其规格分别为：大托盘规格为20×300槽钢制作，小托盘采用150×150×10mm的扁钢制作。
2.2巷道变形特征
W10102工作面回风顺槽施工过程中，顶、底板压力显现均较为严重。顶部压力的增大导致4根锚索被压断，多根锚索受损。锚杆抗拔力抽查记录显示部分锚杆抗拔力低于设计值的70%。巷道顶板离层、帮部局部出现裂隙现象。巷道施工质量自检抽查优良率仅为50%。在没有受到采动影响、切眼没有施工完成的条件下，回风顺槽的巷道底板底臌表现极为明显，敷设在巷道中的管路严重变形、皮带机不能工作，矿车无法通过。在起底的过程中发现，底板破碎严重，破碎深度达2m以上，底板细砂岩已经记入破碎的煤层底板。局部返修巷道不能达到治理效果，整条巷道面临报废的危险。在距离巷道开口200m处，大约有60m巷道破坏极为严重，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。
2.3巷道变形破坏机理分析
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，从而形成了我们看到的底臌。当两帮的压力越大，底臌越严重；当底板强度越低，底臌越严重。
3、底臌巷道的治理方案
3.1支护设计
底板采用锚、网、带组合支护，锚杆、钢筋网和钢带尽量选用现场已有材料，支护参数见图1.根据上述原理分析，底臌的主要原因为两帮引起的压力转移，次要原因为膨胀性软岩遇水膨胀。支护原则为，在巷道底板两侧形成两道加固墙，组织底板卸荷，将压力转移到巷道两帮下方的底板外侧。
1）在巷道底板两侧分别采用锚杆支护，支护锚杆的规格为Φ20×2700mm。锚杆布置参数间排距1000mm×800mm，错开布置。采用加长锚固方式，两支锚固剂，一支CK2350在内，一支CK2350在外。锚杆扭矩为100N·m,在可能的情况下，尽量提高锚杆的预紧力。
2）采用现场已有的W钢带，其规格为δ7×3600×170mm，布置参数为排距800mm，端头叠加部分长度为300mm，如果采用新加工的钢带，规格为δ7×3400×170mm，布置参数为排距800mm，端头叠加部分长度为200mm。
3）钢筋网规格为，网孔50mm×50mm，网片3400mm×1100mm，接头搭接200mm，绑扎间距为200mm。
3.2支护效果
W10102工作面回风顺槽底臌严重段均采用了底板锚-网-索联合支护方式，施工中注意锚杆的锚固力一定达到设计要求。底板返修后，经矿方、监理联合验收，锚杆验收优良率93%。锚杆抗拔力符合设计要求率达97.5%。经过连续两个月的底板变形观测，最大变形量在30cm以内。巷道底板仅仅通过局部维护，没有出现明显的管路弯曲、矿车难以通行的被动局面。
4、结论
通过对灵东煤矿W10102工作面回风顺槽的底臌治理，控制了煤层巷道底板的显著变形，实现了矿井的安全生产。实践证明，软岩巷道的底板变形主要原因是巷道两帮的压力大，两帮压力转移的底板；次要原因是巷道底板煤岩强度低，不足以抵抗两帮的压力而变形、移动。通过采用底板底角锚杆和底板锚杆支护，钢带将多个锚杆连接起来，形成一个支护整体，类似一道挡土墙，防止地压增加时，锚杆被各个击破，从而有效地治理底臌。当底臌量更大时，可以考虑加大锚杆的密度，增加连体锚杆的钢带规格，甚至采用槽钢等强度和刚度更大的型钢作为连接体，将会收到更好的支护效果。