宁东矿区典型软岩回采巷道底臌失稳机理与安全控制技术研究

宁东矿区典型软岩回采巷道底臌失稳机理与安全控制技术研究一、引言1.1研究背景与意义煤炭作为我国重要的基础能源，在能源结构中占据着关键地位。随着煤炭开采深度和强度的不断增加，巷道支护面临着愈发严峻的挑战。宁东矿区作为我国重要的煤炭生产基地之一，其回采巷道多处于软岩地质条件下，软岩巷道底臌问题极为突出。据相关观测资料显示，宁东矿区很多矿巷道顶底板移近量可达1300多毫米，平均每天达10多毫米，而底鼓量约占顶底移近量的70%，严重影响了巷道的正常使用和工作面的正常生产。底臌导致巷道断面缩小，通风阻力增大，通风效果变差，无法满足井下通风需求，严重时甚至会造成瓦斯积聚，威胁矿井安全生产。同时，底臌使得巷道内的运输设备运行受阻，增加了运输故障的发生概率，降低了煤炭运输效率，进而影响整个矿井的生产进度。巷道底臌还会导致支护结构承受额外的压力，加速支护结构的损坏，使得巷道需要频繁修复，不仅增加了维修成本和人力投入，还严重影响了矿井的采掘接替计划，制约了矿井的安全生产和高效运营。此外，巷道底臌还可能引发顶板冒落等次生灾害，对井下作业人员的生命安全构成严重威胁。随着宁东矿区煤炭开采向深部延伸，地应力增大，软岩巷道底臌问题愈发严重，传统的支护技术和方法难以有效控制底臌变形，急需深入研究底臌失稳机理，探索更为有效的安全控制技术。因此，开展宁东矿区典型软岩回采巷道底臌失稳机理与安全控制技术的研究具有重要的现实意义。通过揭示底臌失稳的内在机制，能够为制定针对性的控制技术提供理论依据，有效控制巷道底臌变形，保障巷道的稳定和安全生产，提高矿井的生产效率和经济效益。同时，该研究成果对于其他类似地质条件下的煤矿巷道支护也具有重要的参考和借鉴价值，有助于推动整个煤炭行业的技术进步和可持续发展。1.2国内外研究现状1.2.1软岩巷道底臌失稳机理研究现状在国外，学者们较早关注软岩巷道底臌问题。如A.Afrouz指出，底板为松软岩层、巷道围岩中存在较高的岩层应力和水理作用是引起巷道底鼓的主要三种因素。Kaiser和Potvin对深部软岩巷道变形破坏进行研究，强调了高地应力和岩石低强度特性对底臌的影响。国内学者在软岩巷道底臌失稳机理研究方面也取得了丰富成果。康红普等分析认为底鼓产生的原因在于失稳的底板岩层向巷道内压曲、偏应力作用下的扩容、岩石自身的遇水膨胀。GeselM、曲永新等认为底板泥岩遇水膨胀是巷道底鼓的本质。王卫军等对回采巷道底臌机制进行系统总结，指出底臌主要来自底板破碎岩层的峰后变形，而顶板、两帮的变形对底臌亦产生重要影响。还有学者通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法，研究了不同地质条件下软岩巷道底臌的力学机制，如考虑水平应力、构造应力、采动应力等对底臌的影响。1.2.2软岩巷道底臌控制技术研究现状在控制技术方面，国外发展了多种有效的支护方式。例如，澳大利亚的一些煤矿采用高预应力锚索支护技术，增强了巷道围岩的稳定性，有效控制了底臌变形；美国则注重在巷道设计阶段优化巷道布置，减少应力集中，从而降低底臌发生的可能性。国内针对软岩巷道底臌问题，发展了一系列控制技术。包括加强支护类，如采用锚杆、锚索、U型钢支架等联合支护，提高支护结构的承载能力；底板加固类，如底板注浆、底板锚杆、反底拱等，增强底板岩层的强度和稳定性；应力控制类，如开卸压槽、钻孔或松动爆破等卸压措施，改变巷道围岩应力分布，降低底臌应力。大佛寺煤矿针对40110工作面运输巷底鼓问题，提出“泄压槽+底角锚杆+底板硬化”支护形式，有效控制了巷道地板围岩的稳定性。淮北童亭煤矿7216机巷采用锚网索反底拱维修技术方案，成功解决了底鼓严重的问题，取得良好的经济技术效果。1.2.3研究现状总结尽管国内外在软岩巷道底臌失稳机理和控制技术方面取得了一定成果，但仍存在不足。在机理研究方面，虽然对各种影响因素有了一定认识，但对于多因素耦合作用下的底臌失稳机制研究还不够深入，尤其是宁东矿区复杂地质条件下，地应力、软岩特性、水理作用以及采动影响等多因素相互作用的定量分析较少。不同学者对底鼓机理的观点虽有共识但也存在差异，尚未形成统一完善的理论体系。在控制技术方面，现有技术在某些特定条件下能取得较好效果，但缺乏普适性，难以直接应用于宁东矿区。对于深部开采条件下，高地应力、大变形软岩巷道底臌的控制技术还需进一步探索和优化。在实际工程应用中，支护方案的设计往往缺乏针对性，未能充分考虑具体工程地质条件和底臌机理，导致支护效果不佳。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容（1）宁东矿区典型软岩回采巷道地质条件分析。详细研究宁东矿区软岩的岩石力学性质，包括岩石的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等参数，分析软岩的矿物成分、结构特征以及节理裂隙发育情况对岩石力学性质的影响。对矿区地应力场进行测试和分析，确定地应力的大小、方向和分布规律，研究地应力与巷道布置方向的关系，以及地应力对巷道围岩稳定性的影响。同时，分析矿区水文地质条件，包括地下水的赋存状态、水位、水压以及水的化学成分等，探讨地下水对软岩巷道底臌的作用机制。（2）软岩回采巷道底臌失稳机理研究。从力学角度出发，分析巷道开挖后围岩应力重新分布的规律，研究水平应力、垂直应力以及构造应力等在底板岩层中的传递和变化情况，探讨应力集中对底板岩层破坏的影响。考虑软岩的流变特性，建立软岩流变模型，研究软岩在长期荷载作用下的变形规律，分析流变对底臌发展的影响。通过理论分析和数值模拟，研究底板岩层在各种因素作用下的破坏模式，如挤压流动、挠曲褶皱、剪切错动等，揭示底臌失稳的内在机制。（3）软岩回采巷道底臌控制技术研究。针对宁东矿区软岩巷道底臌问题，提出合理的支护技术方案，包括锚杆、锚索、U型钢支架等的联合支护方式，优化支护参数，如锚杆长度、间距、锚索预紧力等，提高支护结构的承载能力。研究底板加固技术，如底板注浆、底板锚杆、反底拱等，分析各种加固技术的作用原理和适用条件，通过现场试验和数值模拟，确定最佳的底板加固方案。探索应力控制技术，如开卸压槽、钻孔或松动爆破等卸压措施，研究卸压对巷道围岩应力分布的影响，确定合理的卸压参数和卸压时机，有效降低底臌应力。（4）工程应用与效果验证。将研究成果应用于宁东矿区实际软岩回采巷道工程中，对巷道进行支护设计和施工，监测巷道围岩变形、应力变化等参数，验证控制技术的有效性。根据现场监测数据，对支护方案和控制技术进行优化和调整，总结经验教训，为今后类似工程提供参考和借鉴。1.3.2研究方法（1）现场实测。在宁东矿区选取典型软岩回采巷道，布置监测点，采用全站仪、收敛计、压力盒等监测仪器，对巷道围岩的变形、应力、位移等参数进行长期监测，获取现场实际数据，分析巷道底臌的发展规律和影响因素。同时，观察巷道的破坏形态和特征，为理论分析和数值模拟提供依据。（2）理论分析。运用岩石力学、材料力学、弹塑性力学等理论，对软岩回采巷道底臌失稳机理进行深入分析，建立力学模型，推导相关计算公式，研究巷道围岩应力分布、变形规律以及底臌失稳的力学机制。基于理论分析结果，为底臌控制技术的研究提供理论支持。（3）数值模拟。采用FLAC3D、ANSYS等数值模拟软件，建立软岩回采巷道的三维数值模型，模拟巷道开挖、支护以及底臌发展的全过程，分析不同地质条件、支护方式和控制技术下巷道围岩的应力、应变和位移分布情况，预测底臌变形量，优化支护参数和控制技术方案。通过数值模拟，可以直观地展示巷道底臌的发生发展过程，为研究提供可视化的分析手段。（4）室内试验。对宁东矿区软岩进行室内物理力学性质试验，包括岩石的抗压强度试验、抗拉强度试验、剪切强度试验、流变试验等，测定软岩的力学参数，研究软岩的力学特性和变形规律。开展软岩的水理性质试验，如吸水性试验、膨胀性试验等，分析地下水对软岩性质的影响。通过室内试验，为理论分析和数值模拟提供准确的基础数据。二、宁东矿区典型软岩特性分析2.1宁东矿区地质概况宁东矿区位于宁夏回族自治区东部，大地构造位置处于一级构造单元华北陆块，二级构造单元鄂尔多斯地块，三级构造单元鄂尔多斯西缘被动陆缘坳陷和鄂尔多斯陆内盆地，分属鄂尔多斯陆内盆地和鄂尔多斯盆地西缘褶皱逆冲带2个三级赋煤构造单元。其主体构造为南北向的逆冲构造带，由向东逆冲的断裂和走向南北的褶皱组成，以黄河断裂和青铜峡—固原断裂构成边界。主要逆冲带包含桌子山—横山堡逆冲带和青龙山—云雾山逆冲带，并发育有韦州—安国断裂、青龙山—平凉断裂、惠安堡—沙井子断裂、马柳断裂等，相应地形成了韦州、青龙山、石沟驿、烟筒山逆冲席。这些主要逆冲断裂的断面在地表陡立，向下缓斜，深部收敛，并沿石炭二叠纪煤系地层顺层滑脱。与主要逆冲断裂相伴生的还有一些同向的分支逆冲断层和反向逆冲断层，同时还伴随着一些和断层成因有密切关系的不对称背斜构造。宁东矿区内出露地层较为丰富，自老至新依次有新元古界青白口系王全口组、震旦系正目观组；早古生界寒武系、奥陶系上中下统；晚古生界石炭系上统土坡组、太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上石盒子组、孙家沟组；中生界三叠系刘家沟组、和尚沟组，侏罗系中统延安组、直罗组，上统安定组、白垩系；新生界古近系、新近系、第四系。其中，含煤地层主要为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组和侏罗系中统延安组。太原组以海陆交互相的三角洲体系沉积为主，岩性主要为灰色石英砂岩、灰黑色粉砂岩与泥岩，夹灰岩与煤层，灰岩中含腕足和䗴科化石，其层位与贺兰山可对比，含可采及局部可采煤层2-11层；山西组为河流体系沉积，岩性由北向南有变细的趋势，在横山堡以粗砂岩及灰绿色粉砂岩为主，在韦州向斜粒度变细，含可采及局部可采煤6层；延安组为一套湖泊三角洲—河流体系沉积，岩性为灰、深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及灰白色细—中粗粒砂岩，夹炭质泥岩和煤层，地层中富含多种自生矿物如黄铁矿、碳酸盐、重晶石、硬石膏等，明显与上覆及下伏地层相区别，厚度变化由东向西、由北向南渐增厚，尤以东西向变化最为明显。石炭二叠纪煤系地层主要分布在煤田的横城矿区、韦州矿区及石沟驿向斜的深部。横城处在宁夏区煤系东侧的石嘴山—横城富煤带上，韦州、石沟驿处在沙巴台—韦州贫煤带上，山西组煤层厚度变化小，太原组煤层厚度变化较大，煤层聚集的贫富受其控制因素的影响。延安组煤系地层则主要分布在宁东的广大地区及石沟驿矿区。2.2软岩的岩性特征宁东矿区典型软岩主要包括泥岩、粉砂岩以及泥质胶结的砂岩等。这些软岩的岩石组成较为复杂，矿物成分中黏土矿物含量较高，主要有高岭石、伊利石和蒙脱石等。其中，蒙脱石具有较强的亲水性，遇水后容易发生膨胀，这是导致软岩巷道底臌的重要因素之一。泥岩的结构较为致密，但强度较低，其颗粒细小，多呈层状结构，层理发育明显。粉砂岩的颗粒相对较粗，结构相对疏松，胶结程度较差。泥质胶结的砂岩中，泥质作为胶结物，使得砂岩的整体强度降低，在受到外力作用时，容易沿泥质胶结面发生破坏。在结构构造方面，软岩中存在大量的节理、裂隙等结构面。这些结构面的存在破坏了岩石的完整性，降低了岩石的强度，使得岩石在受力时容易沿着结构面发生变形和破坏。节理、裂隙的发育还为地下水的运移提供了通道，进一步加剧了软岩的软化和膨胀，从而增加了巷道底臌的风险。此外，软岩的层理结构也使得其力学性质具有明显的各向异性，在平行层理和垂直层理方向上，岩石的抗压强度、抗拉强度等力学参数存在较大差异，这对巷道围岩的稳定性产生重要影响。2.3软岩的物理力学性质软岩的物理性质中，吸水性是其重要特性之一。由于软岩中黏土矿物含量较高，且孔隙结构较为发育，使得软岩具有较强的吸水性。相关研究表明，宁东矿区部分软岩在饱水状态下，其含水率可达到20%以上。软岩吸水后，黏土矿物颗粒表面会形成一层水膜，颗粒之间的连接力减弱，从而导致软岩的强度降低。同时，水膜的存在还会使软岩的体积发生膨胀，进一步加剧巷道底臌的发展。膨胀性是软岩的另一个显著物理性质。软岩的膨胀主要是由于黏土矿物的吸水膨胀作用引起的。蒙脱石等黏土矿物在吸水后，晶胞层间会吸附水分子，导致晶胞层间距增大，从而使软岩体积膨胀。这种膨胀作用会对巷道围岩产生额外的膨胀压力，当膨胀压力超过支护结构的承载能力时，就会导致巷道底臌和支护结构的破坏。软岩的膨胀性还与外界环境因素有关，如地下水的化学成分、酸碱度等。在不同的环境条件下，软岩的膨胀性会有所差异。在力学性质方面，软岩的抗压强度较低，一般在20MPa以下，属于软岩的范畴。较低的抗压强度使得软岩在受到地应力、采动应力等外力作用时，容易发生压缩变形和破坏。软岩的抗拉强度和抗剪强度也相对较低，抗拉强度一般在1MPa以下，抗剪强度在5MPa左右。这使得软岩在巷道开挖过程中，容易在拉应力和剪应力的作用下产生裂缝和滑移，从而破坏巷道围岩的稳定性。软岩的力学性质还具有明显的时间效应和流变特性。在长期荷载作用下，软岩会发生蠕变变形，即变形随时间不断增加。这种流变特性使得软岩巷道的底臌变形具有持续发展的特点，即使在巷道开挖后的一段时间内，底臌变形也可能不断加剧，对巷道的长期稳定性构成威胁。三、回采巷道底臌失稳机理分析3.1底臌的基本形式巷道底臌现象复杂多样，根据国内外有关底鼓资料的综合分析，可大致将其分为膨胀性底鼓、挤压性底鼓和张性底鼓三类。膨胀性底鼓主要是由于岩质变态膨胀产生。多发生在矿物成分含蒙脱石的粘土岩层，这类膨胀岩会与水发生物理化学反应，致使岩石含水量随时间不断增高，进而体积发生膨胀，属于易风化和软化的软弱岩石。宁东矿区软岩中黏土矿物含量较高，其中蒙脱石遇水膨胀特性明显。当巷道底板为这类含有蒙脱石的软岩时，在地下水或施工用水的作用下，蒙脱石吸水膨胀，导致岩石体积增大，从而产生向上的膨胀力，使底板岩层鼓起。这种膨胀性底鼓具有持续发展的特点，随着时间的推移，底臌量可能不断增加，对巷道的稳定性造成严重威胁。挤压性底鼓通常发生在直接底板为软弱岩层，如粘土岩、煤等，且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，整个巷道的松软破碎底板岩层向巷道内挤压流动，最终导致底板跨中隆起。在宁东矿区回采巷道中，当巷道开挖后，顶板和两帮的应力向底板传递，若底板岩层强度较低，在这种压力作用下，底板岩层就会发生弯曲、皱折、离层等流变现象，沿着滑移面被挤入巷道内，随着底板岩体被挤入巷道内的位移量增大，巷道底臌越来越严重。这种底鼓形式会导致巷道底板的平整度遭到破坏，影响巷道内设备的正常运行。张性底鼓是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，它与顶部张性破坏区处于同一轴线上，属于应力释放短暂型底鼓。在高地应力和构造应力的作用下，巷道底板岩层内部产生较大的拉应力和剪应力，当这些应力超过底板岩层的抗拉和抗剪强度时，底板岩层就会发生破裂和褶曲，形成张性底鼓。在宁东矿区的深部开采区域，地应力较大，构造复杂，这种张性底鼓时有发生，虽然其持续时间相对较短，但在短时间内可能会产生较大的底臌量，对巷道支护结构造成巨大冲击，严重时可能导致巷道局部垮塌。3.2底臌失稳的影响因素3.2.1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。当底板岩石为强度较高的砂岩、石灰岩等坚硬岩石时，其抵抗变形的能力较强，在受到地应力和采动应力作用时，不易发生底臌现象，即使发生底臌，其底臌量也相对较小。而当底板岩石为泥岩、页岩等软弱岩石时，由于其强度低、塑性大，在相同的应力条件下，容易发生塑性变形和破坏，导致底臌量较大。底板岩石的厚度也会影响底臌量，较厚的底板岩层能够承受更大的压力，相对较薄的底板岩层更不容易发生底臌。底板岩石的矿物成分对底臌也有重要影响。如宁东矿区软岩中含有的蒙脱石等黏土矿物，具有较强的亲水性和膨胀性。当这些矿物遇水后，会发生吸水膨胀，导致岩石体积增大，从而产生向上的膨胀力，引发底臌。底板岩石的结构特征，如节理、裂隙的发育程度，也会影响底臌的发生和发展。节理、裂隙的存在会降低岩石的强度和完整性，使得岩石在受力时容易沿着这些结构面发生变形和破坏，为底臌提供了条件。大量的节理、裂隙还会增加岩石的渗透性，使地下水更容易进入岩石内部，进一步加剧岩石的软化和膨胀，从而促进底臌的发展。3.2.2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。随着开采深度的增加，上覆岩层的重量增大，地应力也随之增大。在高地应力作用下，巷道围岩承受的压力增大，当压力超过围岩的强度时，围岩就会发生变形和破坏，从而导致底鼓。深部开采时，地应力往往呈现出复杂的分布状态，水平应力可能大于垂直应力，这种应力状态会使巷道底板受到更大的挤压作用，增加了底鼓的可能性。在残留矿柱下面的巷道也容易出现底鼓现象，这是因为存在着一个高地压带。残留矿柱周围的应力集中，使得巷道所处位置的地应力增大，从而引发底鼓。构造应力也是导致底鼓的重要因素之一。在宁东矿区，由于地质构造复杂，存在着断层、褶皱等构造，这些构造会导致岩体中的应力重新分布，在构造应力集中区域，巷道底鼓的可能性增大。当巷道穿越断层时，断层附近的岩体受到构造应力的作用，岩石破碎，强度降低，容易发生底鼓。3.2.3水的影响水对岩石强度的降低作用显著，主要体现在两个方面。一方面，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。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。在宁东矿区，地下水较为丰富，巷道开挖后，地下水容易渗入岩石内部，使岩石的力学性质发生变化。对于含有节理、裂隙的岩石，水的渗入会使节理、裂隙面的摩擦力减小，岩石的抗剪强度降低，从而导致岩石更容易发生滑移和破坏，为底鼓创造了条件。另一方面，岩石中的某些矿物成分遇水产生膨胀。宁东矿区软岩中含有的蒙脱石等黏土矿物，遇水后会发生吸水膨胀，导致岩石体积增大，产生膨胀压力。当膨胀压力超过巷道支护结构的承载能力时，就会引起巷道底鼓。水还会使岩石的含水率增加，导致岩石的重度增大，进一步增加了底板岩层的压力，加剧了底鼓的发展。巷道积水往往通过裂隙渗入到底板内部，形成恶性循环，使底鼓问题更加严重。3.2.4支护强度一般巷道的底板处于不支护状态，主要原因包括：一是认为只要支护顶板和两帮就安全了，底臌无关紧要；二是锚固底板施工比较困难，出矸石工作量大；三是一旦支护控制不住底臌，卧底时的工作量大。这是底臌大于顶板下沉量的主要原因之一。在宁东矿区回采巷道中，由于对底板支护的重视程度不足，很多巷道在掘进和回采过程中，底板未进行有效的支护。当巷道围岩受到地应力、采动应力等作用时，底板岩层在缺乏支护的情况下，容易发生变形和破坏，导致底臌。支护强度不足，特别是底板不支护或支护不力，使得底板岩层无法得到有效的约束。在应力作用下，底板岩层容易发生塑性变形、破裂和隆起，从而导致底臌。即使对底板进行了支护，但如果支护参数不合理，如锚杆长度不足、间距过大、锚索预紧力不够等，也无法提供足够的支护阻力，难以有效控制底臌。合适的支护强度能够限制底板岩层的变形，增强底板岩层的稳定性，从而减少底臌的发生。3.2.5巷道的大小和形状特别宽大的巷道比窄巷道易发生底鼓，这是因为巷道宽度越大，底板岩层所承受的压力面积越大，在相同的地应力和采动应力作用下，底板岩层更容易发生变形和破坏，从而导致底鼓。巷道的宽度是由采矿作业而决定的，在某些情况下，特别是辅助巷道，宽度能保持在一定限度以内，而通过增加巷道高度使横截面保持不变。巷道高度的增加也会对底鼓产生一定影响，较高的巷道会使顶板的压力更容易传递到底板，增加了底板岩层的受力，从而增加了底鼓的可能性。巷道的断面形状对底鼓也有影响。现在多数煤矿巷道断面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，在受力时容易产生应力集中，导致底鼓量增加。拱形结构能够将压力均匀地分散到岩体中，具有较好的承载能力和稳定性。而梯形和直墙拱顶等形状的巷道，底板部分的结构相对较弱，在受到压力时，底板岩层容易发生变形和破坏，从而引发底鼓。合理设计巷道的断面形状，如采用圆形、马蹄形等有利于分散应力的形状，能够有效降低底鼓的发生概率。3.3底臌失稳的力学分析为了深入揭示宁东矿区典型软岩回采巷道底臌失稳的力学本质，构建合理的力学模型是关键。考虑到巷道的实际情况，建立一个平面应变模型。假设巷道为矩形断面，埋深为H，上覆岩层容重为\gamma，则垂直应力\sigma_{v}=\gammaH。由于矿区内地质构造复杂，水平应力不可忽视，设水平应力为\sigma_{h}，且通常水平应力大于垂直应力，即\sigma_{h}>\sigma_{v}。巷道开挖后，围岩应力重新分布。在弹性阶段，根据弹性力学理论，巷道周边的应力分布可以用Kirsch公式来描述。对于圆形巷道，在均匀地应力场（\sigma_{h}=\sigma_{v}=\sigma_{0}）中，巷道周边的切向应力\sigma_{\theta}=2\sigma_{0}，径向应力\sigma_{r}=0。但对于矩形巷道，其应力分布更为复杂，可通过数值模拟或复变函数等方法求解。在矩形巷道的角部，会出现应力集中现象，应力集中系数可达2-3，导致角部岩石更容易发生破坏。当巷道围岩进入塑性阶段时，采用Mohr-Coulomb屈服准则来判断岩石的破坏。该准则认为，当岩石的剪应力达到一定值时，岩石发生破坏，即\tau=\sigma_{n}\tan\varphi+c，其中\tau为剪应力，\sigma_{n}为正应力，\varphi为内摩擦角，c为粘聚力。对于软岩，其\varphi和c值相对较低，容易满足屈服准则，进入塑性状态。在塑性区内，岩石的力学参数发生变化，弹性模量降低，泊松比增大，导致岩石的变形能力增强。在底板岩层中，由于受到水平应力和垂直应力的共同作用，会产生复杂的应力应变状态。当水平应力作用于底板岩层时，会使底板岩层产生向巷道内的挤压变形。如果底板岩层为软弱岩层，其抗剪强度较低，在这种挤压作用下，容易发生剪切破坏，形成剪切滑移面。随着水平应力的持续作用，底板岩层沿着剪切滑移面向上移动，导致底臌现象的发生。同时，垂直应力也会对底板岩层产生影响。垂直应力使底板岩层受到压缩，当压缩应力超过底板岩层的抗压强度时，底板岩层会发生压缩破坏，进一步加剧底臌。底板岩层中的节理、裂隙等结构面也会影响底臌失稳。这些结构面的存在降低了岩石的强度和完整性，使得岩石在受力时更容易沿着结构面发生变形和破坏，为底臌提供了通道。当水平应力和垂直应力作用于含有节理、裂隙的底板岩层时，节理、裂隙会张开、扩展，岩石的变形和破坏加剧，从而导致底臌失稳。通过力学分析可知，巷道底臌失稳是一个复杂的力学过程，是水平应力、垂直应力、岩石强度、节理裂隙等多种因素共同作用的结果。在高地应力和软岩条件下，底板岩层更容易发生塑性变形和破坏，导致底臌失稳。因此，在巷道支护设计中，需要充分考虑这些因素，采取有效的控制措施，以提高巷道的稳定性，减少底臌现象的发生。四、宁东矿区回采巷道底臌失稳案例分析4.1案例选取与概况本研究选取宁东矿区梅花井煤矿232204辅运顺槽作为典型案例进行深入分析。梅花井煤矿位于宁东煤田鸳鸯湖矿区，井田内主体构造为鸳鸯湖背斜东翼，呈现走向近南北的单斜构造。232204辅运顺槽埋深约650m，该区域地应力较高，水平应力与垂直应力比值达到1.5-1.8。巷道沿煤层掘进，煤层厚度平均为6.5m，直接顶为厚度约3m的粉砂质泥岩，基本顶为中粒砂岩，厚度约5m。直接底板为泥岩，厚度约2.5m，其下为粉砂岩。该区域地下水水位较高，底板泥岩长期处于饱水状态。巷道断面形状为矩形，宽5m，高3.5m。在开采情况方面，232204辅运顺槽服务于232204工作面，该工作面采用综采工艺，采煤机割煤，刮板输送机运煤。在回采过程中，由于受到采动影响，巷道围岩应力发生显著变化，底臌问题逐渐凸显。4.2底臌失稳特征分析在巷道掘进初期，底臌现象并不明显，但随着掘进工作的推进，底臌逐渐显现。在掘进至50m左右时，开始出现底板岩层的轻微隆起，此时底臌量较小，每天的增长幅度约为1-2mm。随着巷道继续掘进，受到地应力、采动应力以及水的作用，底臌发展迅速。在掘进至100m时，底臌量明显增大，每天的增长幅度达到5-8mm。从底臌的表现形式来看，主要呈现为挤压性底鼓。由于直接底板为泥岩，强度较低，在两帮岩柱的压模效应和应力作用下，底板泥岩向巷道内挤压流动，导致底板跨中隆起。在巷道两帮与底板的交界处，出现了明显的剪切滑移迹象，底板岩层沿着这些滑移面向巷道内移动，使得底臌现象加剧。在变形量方面，通过现场监测数据可知，在巷道掘进完成后的1个月内，底臌量增长迅速，最大底臌量达到了300mm左右。随着时间的推移，底臌量仍在持续增加，但增长速度逐渐放缓。在回采工作面推进到距离巷道50m时，由于采动影响，底臌量再次急剧增加，最大底臌量超过了600mm。此时，巷道断面严重缩小，影响了通风、运输等正常生产活动，需要及时采取有效的控制措施。巷道两帮的变形也对底臌产生了重要影响。随着两帮移近量的增加，两帮对底板的挤压作用增强，进一步推动了底板岩层向巷道内移动，加剧了底臌的发展。顶板的下沉也会导致顶板压力向底板传递，增加底板岩层的受力，从而促进底臌的发生。4.3失稳原因深入剖析从围岩性质来看，梅花井煤矿232204辅运顺槽直接底板为泥岩，其强度低、塑性大。通过室内岩石力学试验测定，该泥岩的抗压强度仅为15MPa左右，抗拉强度小于1MPa。这种低强度的特性使得底板泥岩在受到地应力和采动应力作用时，极易发生塑性变形和破坏，为底臌的发生提供了内在条件。泥岩中黏土矿物含量较高，蒙脱石等矿物遇水膨胀特性显著，进一步加剧了底臌的发展。由于该区域地下水水位较高，底板泥岩长期处于饱水状态，蒙脱石吸水膨胀，导致岩石体积增大，产生向上的膨胀力，推动底板岩层向上隆起，从而引发底臌。地应力方面，该巷道埋深约650m，属于深部开采范畴，地应力较高。水平应力与垂直应力比值达到1.5-1.8，水平应力远大于垂直应力。在这种高地应力状态下，巷道围岩承受着巨大的压力。根据前面的力学分析，高地应力使得巷道周边的应力集中现象更为严重，在巷道两帮与底板的交界处，应力集中系数可达2-3。这些集中应力作用于底板泥岩，使其更容易发生剪切破坏和塑性变形，进而导致底臌。在回采过程中，受到采动影响，巷道围岩应力发生显著变化。当工作面推进到距离巷道一定范围内时，采动应力与原岩应力叠加，进一步增大了巷道围岩的应力，加剧了底臌的发展。水的影响在该案例中也十分显著。如前所述，底板泥岩长期处于饱水状态，水对岩石的软化和强度降低作用明显。一方面，水的存在减少了岩石层理、节理和裂隙间的摩擦力，使岩石的整体连接强度降低。通过现场观测发现，底板泥岩中存在大量的节理和裂隙，这些结构面在水的作用下，成为了岩石滑移和破坏的薄弱部位。另一方面，岩石中的蒙脱石等矿物遇水膨胀，产生的膨胀压力进一步破坏了底板岩层的稳定性，促进了底臌的发生。巷道积水通过裂隙渗入到底板内部，形成恶性循环，不断加剧底臌问题。支护强度不足也是导致底臌失稳的重要原因。在巷道掘进和回采过程中，对底板的支护重视程度不够，底板未进行有效的支护。巷道两帮和顶板的支护结构虽然在一定程度上限制了两帮和顶板的变形，但对于底板的约束作用有限。在应力作用下，底板岩层在缺乏支护的情况下，无法得到有效的约束，容易发生塑性变形、破裂和隆起，从而导致底臌。即使对巷道两帮和顶板进行了支护，但支护参数不合理，如锚杆长度不足、间距过大、锚索预紧力不够等，也无法提供足够的支护阻力，难以有效控制底臌。巷道的形状和尺寸也对底臌产生影响。232204辅运顺槽断面形状为矩形，宽5m，高3.5m。矩形断面的巷道在受力时，底板不能形成稳定的拱形结构，容易产生应力集中。在水平应力和垂直应力的共同作用下，底板岩层的应力集中现象更为突出，导致底臌量增加。与圆形或马蹄形等有利于分散应力的巷道断面形状相比，矩形断面的巷道在相同的地质条件和应力状态下，更容易发生底臌。综合来看，宁东矿区梅花井煤矿232204辅运顺槽底臌失稳是围岩性质、地应力、水的影响、支护强度以及巷道形状和尺寸等多因素共同作用的结果。这些因素相互影响、相互制约，使得底臌问题变得复杂且严重。在实际工程中，需要全面考虑这些因素，采取针对性的措施来控制底臌，确保巷道的稳定和安全生产。五、安全控制技术研究5.1卸压法卸压法的实质是采用一些人为的措施改变巷道围岩的应力状态，使底板岩层处于应力降低区，从而保证底板岩层的稳定状态，特别适用于控制高地应力的巷道底鼓。切缝卸压是在巷道底板或两帮岩体中切割出一定深度和宽度的缝隙。以在底板切缝为例，其原理是通过切缝破坏底板岩体的完整性，切断应力传递路径，使巷道围岩应力重新分布，原本集中在底板的应力向深部岩体转移，从而降低底板岩体的应力水平，减少底鼓的发生。在实际实施时，可使用专门的切缝设备，如岩石锯等，根据巷道的具体情况确定切缝的位置、深度和间距等参数。一般来说，切缝深度应根据底板岩层的厚度和强度等因素确定，以确保能够有效切断应力传递路径。打钻孔卸压是在巷道底板或两帮布置一定数量和深度的钻孔。这些钻孔同样能够破坏岩体的连续性，促使应力向深部转移。钻孔卸压的原理在于，钻孔形成后，钻孔周围的岩体成为应力释放的区域，原本作用在岩体上的应力会向钻孔周围扩散，从而降低巷道周边岩体的应力集中程度。实施时，根据巷道的地质条件和地应力大小，确定钻孔的直径、深度、间距和布置方式等参数。例如，在高地应力区域，可适当增加钻孔的密度和深度，以提高卸压效果。不过，这种措施在技术上有很大难度，因为在钻孔间距很小的情况下，打直径为50-60mm的孔而不发生偏斜是非常不容易的。此外，这种措施的卸压范围比底板切缝小，因而要考虑到钻孔后发生底鼓的可能性。爆破卸压是在围岩钻孔底部集中装药爆破，使巷道和硐室周边附近的围岩与深部岩体脱离，原来处于高应力状态的岩层卸载，将应力转移到围岩深部。按照爆破位置的不同，该法可分为底板爆破、侧帮爆破及全断面爆破等形式。当炸药在煤岩体中爆炸时，以爆炸点为中心，煤岩体顺次向外遭受不同程度的破坏，其影响范围可以分为压碎区、裂隙区和震动区。在压碎区，药包爆炸直接作用于煤岩体形成空腔，煤岩体受高压作用被强烈压碎并产生较大的塑性变形，形成一系列与径向成45°角的滑移面，结构完全破坏；在裂隙区，由于爆炸压力下降，煤岩体不再被压碎，而拉伸应力使煤岩体发生塑性滑移，形成辐射状的裂隙，有时在径向裂隙之间形成环状的切向裂隙；在震动区，只发生质点震动，煤岩体不受破坏。在实施爆破卸压时，需要精确计算炸药的用量、爆破的位置和时间等参数，以确保爆破效果和施工安全。掘巷卸压是通过在巷道周边合理位置掘进专门的卸压巷道，使原巷道围岩应力向卸压巷道转移，从而降低原巷道的应力集中程度，达到控制底鼓的目的。例如，在宁东矿区的一些巷道中，在原巷道一侧或两侧掘进平行的卸压巷道，通过合理控制卸压巷道与原巷道的间距和位置，有效降低了原巷道的底鼓量。在确定卸压巷道的位置和参数时，需要综合考虑原巷道的地质条件、地应力分布、开采工艺等因素，通过数值模拟和理论分析等方法进行优化设计。卸压法适用于高地应力条件下的软岩巷道底鼓控制。在实际应用中，切缝卸压和钻孔卸压相对操作较为简单，对巷道的正常生产影响较小，适用于应力集中程度相对较低的情况；爆破卸压能够产生较大的卸压范围和效果，但需要严格控制爆破参数，确保安全，适用于应力集中程度较高的区域；掘巷卸压虽然效果显著，但工程量较大，成本较高，一般在其他卸压方法难以奏效时采用。通过合理采用卸压法，能够有效改变巷道围岩的应力状态，降低底鼓应力，为巷道的稳定提供保障。5.2锚杆加固底板底板通常是成层的，因而非常适合于用锚杆加固。锚杆加固底板是一种有效的控制巷道底臌的方法，其作用原理主要体现在多个方面。从抑制岩层裂隙张开角度来看，锚杆能够将软弱底板岩层与其下部稳定岩层连接起来，当软弱岩层因扩容、膨胀等原因有裂隙张开或产生新裂隙趋势时，锚杆的锚固力可以对其进行约束，阻止裂隙的进一步发展，从而抑制软弱岩层向上鼓起。锚杆还具有组合梁作用，它能把几个岩层连接在一起，使这些岩层形成一个组合梁来共同承受弯矩。在未锚固时，各岩层相对独立，层间抗剪力不足，在荷载或自重作用下，单个梁会产生各自的弯曲变形，上下缘分别处于受压和受拉状态。锚固后，岩层互相挤压，层间摩擦阻力大大增加，内应力和挠度大为减小，组合梁的抗弯强度得到显著提高，进而增加了底板岩层的承载能力。在锚杆选型方面，应根据巷道的地质条件、底臌情况等因素综合考虑。对于宁东矿区软岩巷道，由于软岩强度较低，为了提供足够的锚固力，可选用高强度的螺纹钢锚杆。螺纹钢锚杆表面的螺纹能够增加与岩体之间的摩擦力，提高锚固效果。其材质通常为高强度合金钢，具有较高的抗拉强度和屈服强度，能够在复杂的应力环境下保持稳定的工作性能。在布置参数上，锚杆的长度需根据底板岩层的厚度和稳定性来确定，一般应保证锚杆能够锚固到稳定的岩层中，以提供有效的支撑。对于宁东矿区典型软岩回采巷道，锚杆长度可在2-3m之间。锚杆间距也至关重要，合理的间距能够使锚杆的加固效果相互叠加，形成有效的承载结构。通常，锚杆间距可控制在0.8-1.2m之间。在底板的不同位置，锚杆的布置也可有所差异。在巷道两帮与底板的交界处，由于应力集中较为明显，可适当加密锚杆布置，以增强该区域的稳定性。还可根据底板岩层的分层情况，调整锚杆的角度，使其更好地与岩层结合，发挥锚固作用。5.3底板注浆底板注浆一般用于加固已破碎的岩石，提高岩层抗底鼓的能力。当底板岩石承受的压力超过岩体本身的强度而产生裂隙和裂缝时，应采用注浆的办法使底板岩层的强度提高，达到防治底板底鼓的目的。由于所选择注浆的形式、材料、压力和时间长短不同，岩层中的裂隙可能全部或部分被粘合，当注浆压力高于围岩强度时，会产生新的裂隙并有浆液渗入。在注浆材料方面，常用的有水泥浆、聚氨酯材料等。注水泥浆成本相对较低，来源广泛，但其结合强度较低。水泥浆主要由水泥和水按一定比例配制而成，在宁东矿区的一些巷道底板注浆工程中，水泥浆被大量应用。通过在梅花井煤矿的工程实践发现，虽然水泥浆能够在一定程度上填充岩石裂隙，提高岩石的整体性，但对于强度要求较高的巷道底板，其加固效果相对有限。聚氨酯材料则具有较高的岩层间结合强度，加固效果较好。聚氨酯是一种高分子合成材料，它在注入岩石裂隙后，能够与岩石紧密粘结，形成高强度的加固体。在枣泉煤矿的软岩巷道底板注浆中，采用聚氨酯材料进行注浆，有效地提高了底板岩层的强度和稳定性，底臌得到了较好的控制。然而，聚氨酯材料在底板潮湿时粘和强度较低，且成本较高，这在一定程度上限制了其广泛应用。在实际工程中，需要根据巷道的具体情况，如底板岩石的破碎程度、含水量、经济成本等因素，合理选择注浆材料。在注浆工艺上，首先要确定注浆孔的布置。注浆孔的间距、深度和角度等参数需根据底板岩层的特性、裂隙发育情况以及注浆材料的扩散半径等因素综合确定。一般来说，注浆孔应均匀布置在巷道底板上，间距不宜过大，以确保浆液能够充分填充底板岩层的裂隙。在梅花井煤矿232204辅运顺槽的底板注浆工程中，根据底板泥岩的特性和裂隙分布情况，确定注浆孔间距为1.5m，深度为3m，角度垂直于底板。在注浆过程中，要严格控制注浆压力和注浆量。注浆压力应根据底板岩层的强度和裂隙情况进行调整，一般应使浆液能够充分渗透到裂隙中，但又不能过大，以免造成新的破坏。注浆量则根据注浆孔的体积和岩层的裂隙发育程度来确定，确保裂隙被浆液填满。在该顺槽的注浆施工中，注浆压力控制在2-3MPa，注浆量根据实际情况进行调整，以保证注浆效果。注浆完成后，还需要对注浆效果进行检验，可通过钻孔取芯、声波测试等方法，检查浆液的扩散范围和岩石的加固强度，确保达到预期的加固效果。5.4联合支护技术在宁东矿区典型软岩回采巷道底臌控制中，单一的支护方法往往难以取得理想效果，联合支护技术通过整合多种支护方式的优势，能够有效提高巷道的稳定性。锚杆与注浆联合支护是一种常用的联合支护方式。锚杆能够将软弱底板岩层与其下部稳定岩层连接起来，抑制因软弱岩层扩容、膨胀引起的裂隙张开及新裂隙的产生，阻止软弱岩层向上鼓起，同时把几个岩层连接在一起，作为一个组合梁，起承受弯矩的作用。注浆则可填充岩石裂隙，提高岩石的整体性和强度，增强其抗底鼓能力。在实际应用中，先施工锚杆，根据巷道底板的具体情况，合理确定锚杆的长度、间距和角度，一般锚杆长度在2-3m，间距0.8-1.2m，确保锚杆能够锚固到稳定的岩层中。然后进行注浆作业，根据底板岩石的特性和裂隙发育情况，选择合适的注浆材料，如水泥浆或聚氨酯材料。若选用水泥浆，水灰比可控制在0.6：1-0.7：1之间，注浆压力控制在2-3MPa，以保证浆液能够充分填充裂隙，使锚杆与岩体形成一个整体，共同抵抗底臌变形。锚杆与锚索联合支护也具有显著优势。锚杆主要作用于浅层围岩，能够提供一定的锚固力，抑制浅层岩体的变形。锚索则锚固深度较大，可深入到深部稳定岩层，提供强大的预应力，增强深部围岩的稳定性。在宁东矿区软岩巷道中，对于埋深较大、地应力较高的区域，采用锚杆与锚索联合支护效果明显。在布置时，先按照一定间距布置锚杆，一般间距为0.8-1.2m，然后在锚杆间合理布置锚索，锚索间距可控制在1.5-2m。锚索的长度根据巷道埋深和围岩情况确定，一般应保证锚索能够锚固到深部稳定岩层中，长度在5-8m之间。通过锚杆和锚索的协同作用，形成一个立体的支护体系，有效控制巷道底臌。在联合支护技术的实施过程中，还需要注意一些要点。支护参数的设计应根据巷道的地质条件、地应力大小、围岩变形情况等因素进行优化。通过数值模拟和理论分析，确定合理的锚杆、锚索长度、间距、预紧力以及注浆材料的种类和用量等参数，以确保支护结构能够充分发挥作用。施工工艺也至关重要，严格按照设计要求进行钻孔、安装锚杆和锚索、注浆等操作，保证施工质量。在钻孔时，要确保钻孔的垂直度和深度，避免出现偏差；安装锚杆和锚索时，要保证其锚固牢固，预紧力达到设计要求；注浆时，要控制好注浆压力和注浆量，确保浆液填充饱满。在巷道使用过程中，应加强对巷道围岩变形和支护结构受力情况的监测，及时发现问题并采取相应的措施进行处理，确保联合支护的长期有效性。六、安全控制技术应用实例6.1工程应用背景本次工程应用选取宁东矿区羊场湾煤矿120204回采巷道作为研究对象。羊场湾煤矿位于宁东煤田鸳鸯湖矿区南端，其地质构造较为复杂，处于多个构造单元的交汇部位，受到多期构造运动的影响。120204回采巷道埋深约700m，该区域地应力较高，水平应力与垂直应力比值达到1.6-1.9，且构造应力较为明显。巷道沿煤层掘进，煤层厚度平均为7m，直接顶为厚度约3.5m的粉砂岩，基本顶为厚层状中粗粒砂岩，厚度约6m。直接底板为泥岩，厚度约3m，其下为粉砂岩。该区域地下水较为丰富，水位较高，底板泥岩长期处于饱水状态。巷道的用途主要是为120204工作面提供运输、通风和行人通道。120204工作面采用综采放顶煤工艺进行开采，采煤机割煤，刮板输送机和胶带输送机联合运煤。在开采过程中，需要保证巷道的稳定，以确保采煤工作的顺利进行，满足通风、运输等要求，同时保障作业人员的安全。由于该巷道所处的地质条件复杂，地应力高、软岩特性明显、地下水丰富，在以往的开采中，类似巷道曾出现严重的底臌问题，导致巷道断面缩小，影响了正常生产，增加了巷道维护成本和安全风险。因此，急需采用有效的安全控制技术，解决该巷道的底臌问题，保障巷道的稳定和安全生产。6.2控制技术方案设计基于前文对宁东矿区典型软岩回采巷道底臌失稳机理的研究以及对羊场湾煤矿120204回采巷道的工程背景分析，设计如下安全控制技术方案。6.2.1支护参数设计锚杆支护参数：考虑到巷道围岩的松软特性和地应力情况，顶板锚杆选用直径22mm、长度2.5m的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为800mm×800mm。帮部锚杆同样选用直径22mm的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长度为2.2m，间排距为900mm×900mm。锚杆托盘采用规格为150mm×150mm×10mm的高强度铁托盘，以增强锚杆与围岩的接触面积，提高锚固效果。预紧力要求达到300N・m，确保锚杆能够及时有效地约束围岩变形。锚索支护参数：顶板锚索选用直径17.8mm、长度6m的钢绞线锚索，间排距为1600mm×1600mm。锚索布置在锚杆间，与锚杆协同作用，共同承担顶板压力。锚索采用高强度锁具，预紧力达到200kN，通过施加较大的预紧力，将深部稳定岩层与浅部围岩连接为一个整体，提高顶板的稳定性。底板锚杆参数：为有效控制底板底臌，底板锚杆选用直径20mm、长度2.2m的高强度螺纹钢锚杆，间排距为1000mm×1000mm。在巷道两帮与底板的交界处，由于应力集中明显，适当加密底板锚杆布置，间排距调整为800mm×800mm。底板锚杆同样采用高强度铁托盘，预紧力达到250N・m，以增强底板岩层的稳定性，抑制底臌的发展。金属网参数：顶板和帮部均铺设规格为1000mm×2000mm的钢筋网，网格尺寸为100mm×100mm。钢筋网采用直径6mm的钢筋焊接而成，通过与锚杆、锚索连接，形成一个整体的支护结构，防止围岩表面破碎和剥落，提高围岩的整体性。6.2.2施工工艺设计巷道掘进：采用综掘机掘进，控制掘进速度，避免因掘进速度过快导致围岩松动和应力集中加剧。在掘进过程中，及时进行临时支护，采用前探梁等支护方式，确保顶板安全。严格控制巷道的掘进断面尺寸，保证巷道的平整度和规格，为后续的支护工作创造良好条件。锚杆锚索安装：在巷道掘进完成后，首先进行顶板锚杆的安装。按照设计的间排距进行钻孔，钻孔深度应略大于锚杆长度，确保锚杆能够完全锚固。安装锚杆时，先将锚固剂放入钻孔，然后插入锚杆，使用锚杆钻机搅拌锚固剂，使锚固剂与锚杆和围岩充分粘结。安装完成后，及时施加预紧力。锚索安装与锚杆安装类似，但在钻孔时，要保证钻孔的垂直度和深度，确保锚索能够准确地锚固到深部稳定岩层中。锚索安装完成后，使用张拉设备施加预紧力，达到设计要求。底板锚杆施工：在进行底板锚杆施工时，先清理底板浮矸和杂物，然后按照设计的间排距进行钻孔。钻孔时，要注意控制钻孔角度，确保锚杆能够有效地锚固底板岩层。安装底板锚杆时，同样先放入锚固剂，然后插入锚杆，搅拌锚固剂并施加预紧力。在巷道两帮与底板交界处加密的锚杆，要重点保证施工质量，确保其能够有效抵抗应力集中。金属网铺设：在锚杆和锚索安装完成后，铺设金属网。将金属网平铺在巷道顶板和帮部，与锚杆、锚索的外露部分连接牢固，使用铁丝绑扎，确保金属网与支护结构形成一个整体。在铺设过程中，要注意金属网的平整度和搭接长度，搭接长度不小于100mm。注浆加固：根据巷道围岩的破碎情况和底臌控制要求，进行注浆加固。在巷道顶板和帮部布置注浆孔，注浆孔间距为2m，深度为3m。采用水泥浆作为注浆材料，水灰比为0.6：1-0.7：1，注浆压力控制在2-3MPa。通过注浆，填充围岩裂隙，提高围岩的整体性和强度，增强支护结构的承载能力。在底板注浆时，同样根据底板岩层的情况布置注浆孔，注浆孔间距和深度可根据实际情况适当调整，注浆压力和材料与顶板注浆相同。6.3应用效果分析在羊场湾煤矿120204回采巷道实施安全控制技术方案后，通过现场监测对其应用效果进行了全面分析。监测内容包括巷道底臌变形量、围岩稳定性等关键指标，以评估技术方案的有效性。在巷道底臌变形量方面，采用全站仪、水准仪等监测仪器，在巷道内不同位置设置多个监测点，定期对底臌变形量进行测量记录。监测数据显示，在实施控制技术前，巷道底臌变形发展迅速，在巷道掘进完成后的1个月内，底臌量最大达到了400mm左右。而在实施控制技术后，底臌变形得到了有效抑制。在回采过程中，随着工作面的推进，底臌变形量虽有增加，但增长速度明显放缓。在工作面推进到距离巷道100m时，底臌量最大为550mm，相比未采取控制技术时，底臌量增长幅度降低了约30%。这表明通过卸压法、锚杆加固底板、底板注浆以及联合支护技术的综合应用，有效地降低了巷道底臌应力，增强了底板岩层的稳定性，从而减少了底臌变形量。在围岩稳定性方面，通过监测巷道顶板下沉量、两帮移近量以及围岩内部应力变化来评估。采用顶板离层仪监测顶板下沉量，在巷道顶板布置多个离层仪，定期读取数据。监测结果表明，在实施控制技术后，顶板下沉量得到了有效控制