采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制

1、第六章第六章 采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制 本章介紹：本章介紹： 采區(qū)巷道圍巖應(yīng)力及變形規(guī)律采區(qū)巷道圍巖應(yīng)力及變形規(guī)律 受采動影響巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律受采動影響巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 巷道圍巖控制原理巷道圍巖控制原理 巷道圍巖控制技術(shù)巷道圍巖控制技術(shù) 6.1 采區(qū)巷道變形與破壞采區(qū)巷道變形與破壞一、采區(qū)巷道概念：一、采區(qū)巷道概念：采區(qū)巷道采區(qū)巷道采區(qū)內(nèi)的準備巷道和回采巷道。（采區(qū)上下山，區(qū)段平巷、回風(fēng)平巷及切眼、各種聯(lián)系巷道）采區(qū)巷道特點：采區(qū)巷道特點： （1）大部分屬煤層巷道，圍巖強度低；）大部分屬煤層巷道，圍巖強度低； （2）受開采區(qū)影響大，巷道破壞嚴重；）受開采區(qū)影響大，巷道破

2、壞嚴重； （3）服務(wù)期限短，支護要求較低。）服務(wù)期限短，支護要求較低。二、采區(qū)巷道變形與破壞形式：二、采區(qū)巷道變形與破壞形式：冒落、下沉、鼓幫、片幫、底臌、開裂三、影響巷道變形破壞的因素三、影響巷道變形破壞的因素 1、自然因素、自然因素（1）巖性與構(gòu)造特征（2）巷道埋深H（3）煤層傾角（4）地質(zhì)構(gòu)造（5）水（6）時間2、開采技術(shù)、開采技術(shù)（1）受采動影響情況（2）巷道保護方法（3）巷道斷面的形狀及支架架設(shè)時間第二節(jié)第二節(jié) 采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律一、受采動影響巷道的圍巖應(yīng)力：一、受采動影響巷道的圍巖應(yīng)力： 1、巷道圍巖應(yīng)力：、巷道圍巖應(yīng)力：彈性變形應(yīng)力分布彈性變形應(yīng)力分布塑性變

3、形應(yīng)力分布塑性變形應(yīng)力分布 2、回采工作面周圍支承壓力分布：、回采工作面周圍支承壓力分布： 工作面超前支承壓力峰值一般在煤壁前48米，影響范圍為4050米。少數(shù)可達6080米。應(yīng)力集中系數(shù)為2.53。 工作面傾斜方向固定支承壓力范圍一般為1530米。少數(shù)可達3540米，峰值一般距煤壁1520米，應(yīng)力集中系數(shù)為23。 在拐角區(qū)要形成應(yīng)力疊加，應(yīng)力集中系數(shù)可達57。 煤層拐角處疊加支承壓力煤層拐角處疊加支承壓力3、采動引起的底板應(yīng)力分布：、采動引起的底板應(yīng)力分布：一側(cè)采空兩側(cè)采空影響深度為1.52B影響深度為34B壓力傳遞影響角一般為3040度4、構(gòu)造應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性的影響：、構(gòu)造應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性

4、的影響： 1）構(gòu)造應(yīng)力特點：）構(gòu)造應(yīng)力特點： 以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性、區(qū)域性。以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性、區(qū)域性。 2）水平應(yīng)力對巷道的影響：）水平應(yīng)力對巷道的影響： 影響影響巷道頂板巷道底板軟巖（煤層）底臌、蠕變巷道兩幫引起拉應(yīng)力，破裂、鼓出、塌落薄層頁巖巖層面滑移厚層砂巖剪切、失穩(wěn)冒落3）合理巷道方向：）合理巷道方向： 巷道軸向與最大主應(yīng)力夾角小于巷道軸向與最大主應(yīng)力夾角小于25302530度度5、相鄰巷道合理距離：、相鄰巷道合理距離： 一般間距：一般間距： 大巷大巷2040米米（圍巖穩(wěn)定取小值，不穩(wěn)定取大值）； 上下山上下山1530米；米； 集中巷集中巷1530米。米。

5、（在淺部、堅硬巖層、急傾斜可為10米； 深部、松軟圍巖為50米）二、走向平巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律：二、走向平巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律： 1、巷道圍巖變形量：、巷道圍巖變形量： （頂板下沉量、底臌量、巷幫移近量、深部圍巖移近量、巷道剩余斷面積） 頂?shù)装逡平肯锏乐行木€高度減少值； 兩幫移近量巷道腰線平距減少值。 總變形量：總變形量：2111000UtvUtvUU總：巷道掘進段：巷道掘進段彈塑性、量小、趨于穩(wěn)定、時間短；：無采掘影響段：無采掘影響段主要為流變，受巖性影響較大；：采動影響段：采動影響段前3050m，后4060m（峰值520m），量大；：采動影響穩(wěn)定段：采動影響穩(wěn)定段位移、變形均較小，工作面后方100米

6、以遠；：二次采動影響段：二次采動影響段影響劇烈程度及影響范圍均較第一次為大。2、走向平巷礦壓顯現(xiàn)特點：、走向平巷礦壓顯現(xiàn)特點：走向巷道逐段受采動影響走向巷道逐段受采動影響三、傾斜巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律三、傾斜巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律巷道處于前方承壓力的不同區(qū)域，有不同的礦壓顯現(xiàn)：（三個顯現(xiàn)區(qū)域帶） 、原始壓力帶、原始壓力帶 顯現(xiàn)輕微，一般不受破壞。 、支承壓力影響帶、支承壓力影響帶 工作面距巷道4050m開始變形、破壞嚴重，移近速度達10mm30mm/d。峰值區(qū)嚴重。 、煤體邊緣卸載帶、煤體邊緣卸載帶煤體破壞，應(yīng)力降低，向平衡過度，移近量仍較大。 卸載帶；支承壓力帶；原巖應(yīng)力帶 傾斜巷道全長同時受采動影響傾

7、斜巷道全長同時受采動影響 第三節(jié)第三節(jié) 巷道圍巖控制原理巷道圍巖控制原理巷道圍巖的基本巷道圍巖的基本途徑途徑： 降低圍巖應(yīng)力、提高圍巖穩(wěn)定性及合理的支護選擇降低圍巖應(yīng)力、提高圍巖穩(wěn)定性及合理的支護選擇巷道圍巖控制手段的巷道圍巖控制手段的實質(zhì)實質(zhì)： 如何利用煤層開采引起周圍應(yīng)力重新分布規(guī)律，正確選擇巷道布置和護巷方法，使巷道位于應(yīng)如何利用煤層開采引起周圍應(yīng)力重新分布規(guī)律，正確選擇巷道布置和護巷方法，使巷道位于應(yīng)力降低區(qū)，從而減輕或避免回采引起的支承壓力的影響，控制圍巖應(yīng)力力降低區(qū)，從而減輕或避免回采引起的支承壓力的影響，控制圍巖應(yīng)力一、一、 巷道的圍巖壓力及影響因素巷道的圍巖壓力及影響因素1.

8、圍巖壓力圍巖壓力 定義：圍巖變形受阻而作用在支護結(jié)構(gòu)物上的擠壓力或塌落巖石的重力定義：圍巖變形受阻而作用在支護結(jié)構(gòu)物上的擠壓力或塌落巖石的重力 種類：種類： 松動圍巖壓力松動圍巖壓力 變形圍巖壓力變形圍巖壓力 膨脹圍巖壓力膨脹圍巖壓力 沖擊和撞擊壓力沖擊和撞擊壓力2. 影響因素影響因素 開采因素：回采工作面狀況、巷道的保護方法開采因素：回采工作面狀況、巷道的保護方法 地質(zhì)因素：原巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖的力學(xué)性質(zhì)、巖層結(jié)構(gòu)、巖石組成和膠結(jié)狀態(tài)、圍巖中的水份補地質(zhì)因素：原巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖的力學(xué)性質(zhì)、巖層結(jié)構(gòu)、巖石組成和膠結(jié)狀態(tài)、圍巖中的水份補給狀況。給狀況。二、巷道的圍巖控制原理和方法二、巷道的圍巖控制

9、原理和方法 1.控制原理控制原理 巷道圍巖控制巷道圍巖控制：控制巷道圍巖的礦山壓力和周邊位移所采取的措施。：控制巷道圍巖的礦山壓力和周邊位移所采取的措施。 基本原理：基本原理：根據(jù)圍巖應(yīng)力、圍巖強度及它們之間的關(guān)系，選擇合適的巷道布置、根據(jù)圍巖應(yīng)力、圍巖強度及它們之間的關(guān)系，選擇合適的巷道布置、保護及支護方式保護及支護方式 2. 控制方法控制方法 （1）巷道布置）巷道布置 （2）巷道保護和支護）巷道保護和支護三、巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護選擇三、巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護選擇 1.分類的意義：分類的意義： 巷道圍巖穩(wěn)定因素復(fù)雜，進行分類為巷道支護設(shè)計施工管理提供科學(xué)依據(jù)。巷道圍巖穩(wěn)定因素復(fù)雜，進行

10、分類為巷道支護設(shè)計施工管理提供科學(xué)依據(jù)。 2.分類方法分類方法 模糊聚類分析方法模糊聚類分析方法 3.分類分類 （五個類別：極不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、中等穩(wěn)定、穩(wěn)定、非常穩(wěn)定）（五個類別：極不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、中等穩(wěn)定、穩(wěn)定、非常穩(wěn)定） 七個指標：七個指標： 圍巖強度圍巖強度 圍巖應(yīng)力圍巖應(yīng)力 作用：作用： 1.巷道圍巖移近量預(yù)算巷道圍巖移近量預(yù)算 a.根據(jù)巷道埋深根據(jù)巷道埋深H和頂?shù)装鍘r層平均單向抗壓強度和頂?shù)装鍘r層平均單向抗壓強度 b.通過圍巖穩(wěn)定性類別預(yù)計通過圍巖穩(wěn)定性類別預(yù)計 2. 選擇巷道的支護形式選擇巷道的支護形式 D、底煤頂XN、H第四節(jié)第四節(jié) 巷道維護（支護）原理和支護技術(shù)巷道維護（支護）

11、原理和支護技術(shù)一、一、“支架支架圍巖圍巖”相互作用原理相互作用原理支架圍巖構(gòu)成統(tǒng)一的力學(xué)體系，二者之間有相互作用，而二者合之又共同承載。1、支架、支架圍巖相互作用的基本狀態(tài)：圍巖相互作用的基本狀態(tài)：給定載荷狀態(tài)給定載荷狀態(tài)頂板巖石與上覆巖層離層或脫落，支架僅承受其自重作用，與母體巖層的移動變形無關(guān)。給定變形狀態(tài)給定變形狀態(tài) 沒有離層或脫落，支架變形取決于上覆巖層的運動狀態(tài)。支架阻力與圍巖移動性質(zhì)、支架特性有關(guān)。 當支架變形特性與圍巖變形不相適應(yīng)時，則可承當支架變形特性與圍巖變形不相適應(yīng)時，則可承受更高的載荷，支架被破壞。受更高的載荷，支架被破壞。 給定載荷給定載荷圍巖與母體巖層脫離，不受母體巖

12、層移動影響，支架僅承受固定載荷作用。（支架載荷不大，且基本固定）給定變形給定變形圍巖受母體巖層移動影響，并將母體巖層移動變形傳遞給支架，支架受載與巖層變形特征有關(guān)。（支架載荷較大，與圍巖變形正比）2、“支架支架圍巖圍巖”相互作用原理：相互作用原理：由芬納位移公式可得右側(cè)曲線由曲線有：由曲線有： 支撐力支撐力 位移量位移量 支撐力支撐力 位移量位移量 支撐力不可能完全限制圍巖的位移；支撐力不可能完全限制圍巖的位移； 支撐力小到一定程度，圍巖變形急劇增大，甚至破壞；支撐力小到一定程度，圍巖變形急劇增大，甚至破壞； 不同特性支架、支護時間不同，支架承受載荷不同不同特性支架、支護時間不同，支架承受載荷

13、不同（可縮性支架、剛性支架）；（可縮性支架、剛性支架）； 合理支撐力應(yīng)在曲線拐點附近。合理支撐力應(yīng)在曲線拐點附近。3、“支架支架圍巖圍巖”相互作用原理的應(yīng)用：相互作用原理的應(yīng)用： 1）二次支護（新奧法）二次支護（新奧法）讓壓支護 2）柔性支護）柔性支護允許產(chǎn)生一定變形。讓壓支護3）主動支護）主動支護加大圍壓，提高圍巖強度?？箟褐ёo 第五節(jié)第五節(jié) 巷道保護基本措施巷道保護基本措施一、基本原則：一、基本原則：允許圍巖變形、提高圍巖強度、降低圍巖應(yīng)力。二、基本方法和途徑：二、基本方法和途徑：1、控制方法：、控制方法：巷道保護使圍巖應(yīng)力與巖體強度相適應(yīng)（采用適當斷面，預(yù)留斷面，煤柱護巷，巷道在減壓區(qū)）

14、巷道支護架設(shè)支架防止圍巖過度變形與移動巷道維修改換已惡化的支撐系統(tǒng)，恢復(fù)圍巖移動穩(wěn)定性。2、控制原理、控制原理 抗壓抗壓 讓壓讓壓 躲壓躲壓 移壓移壓三、基本措施：三、基本措施：將巷道布置在巖性好的巖層內(nèi)將巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)對巷道進行卸壓保護常用方法為：常用方法為：卸壓無煤柱護巷1、巷道卸壓保護：、巷道卸壓保護：卸壓原理卸壓原理采用人為方法，改變周邊圍巖應(yīng)力分布，使峰值應(yīng)力內(nèi)移，巷道處于應(yīng)力降低區(qū)。 1）巷道跨采卸壓：）巷道跨采卸壓： 跨采類型跨采類型縱跨采面推進方向與巷道軸向平行；橫跨采面推進方向與巷道軸向垂直。礦壓特點礦壓特點縱跨巷道逐段受采動影響（巖石集中巷）；橫跨巷道全長同時受采動影

15、響（上山石門）跨采期間圍巖移近量大，過后穩(wěn)定。跨采期間圍巖移近量大，過后穩(wěn)定。 縱向跨采縱向跨采（依次影響） 橫向跨采橫向跨采（同時影響）跨越平巷、跨越上山、掘后跨采、掘前預(yù)采。 2）開槽（松動）卸壓：）開槽（松動）卸壓： 卸壓措施卸壓措施巷道周邊開槽（孔）卸壓巷道圍巖松動爆破卸壓開槽后可改變周邊應(yīng)力分布狀態(tài)，使應(yīng)力內(nèi)移。無切縫無切縫 兩幫切縫兩幫切縫 頂?shù)浊锌p頂?shù)浊锌p 兩幫頂?shù)浊锌p兩幫頂?shù)浊锌p3）卸壓巷硐卸壓：）卸壓巷硐卸壓： 卸壓巷硐位置卸壓巷硐位置巷道一側(cè)被保護巷變形減少7090%；巷頂被護巷移近量為原來1/71/12；寬面掘巷矸石帶填充，隔離，效果好。 一側(cè)卸壓一側(cè)卸壓 頂板卸壓頂板卸

16、壓 寬巷卸壓寬巷卸壓4）掘前預(yù)采：）掘前預(yù)采： 在巖巷尚未掘進時，先將其上部煤層采掉，然后在采空區(qū)下掘進巖石巷道，使之在應(yīng)力降低區(qū)。為效果最理想的方法。巷道圍巖變形量減小4/55/6。要求巖巷距煤層較近，距開采區(qū)域平距足夠。2、無煤柱護巷技術(shù)、無煤柱護巷技術(shù) 1）護巷煤柱的穩(wěn)定性：）護巷煤柱的穩(wěn)定性： 留設(shè)煤柱留設(shè)煤柱優(yōu)點：優(yōu)點：可雙巷掘進；技術(shù)簡單；對通風(fēng)、運輸、排水、安全有利；缺點：缺點：煤損大；風(fēng)巷受二次采動影響，維護費高；不利底板巷道穩(wěn)定；成為沖擊地壓、煤炭自燃隱患。2）煤柱的應(yīng)力分布：）煤柱的應(yīng)力分布：一側(cè)采空一側(cè)采空煤柱很寬煤柱很寬煤柱較寬煤柱較寬煤柱較窄煤柱較窄形成：形成：破裂區(qū)

17、塑性區(qū)彈性區(qū)原始應(yīng)力區(qū)3）護巷煤柱的穩(wěn)定性：）護巷煤柱的穩(wěn)定性： 煤柱寬度是影響煤柱穩(wěn)定性和巷道維護的主要因素。護巷煤柱穩(wěn)定條件：護巷煤柱穩(wěn)定條件： 煤柱中央產(chǎn)生的彈性區(qū)（核）寬度煤柱中央產(chǎn)生的彈性區(qū)（核）寬度 不小于煤柱高度的不小于煤柱高度的2 2倍。倍。102xmxB煤柱寬度：煤柱寬度：4）沿空掘巷的三種方式：）沿空掘巷的三種方式： 完全沿空掘巷；留小煤皮掘巷；保留部分老巷掘巷 5）沿空留巷巷旁支護：）沿空留巷巷旁支護： 巷旁支護作用巷旁支護作用 巷旁支護類型巷旁支護類型控制直接頂離層及時切斷直接頂減少巷內(nèi)支護承載封閉采空區(qū)木垛密集支柱矸石帶混凝土砌塊高水速凝水泥整體澆注巷旁充填技術(shù)（低水

18、材料：石膏高水材料：鈣礬石）第六節(jié)第六節(jié) 采區(qū)巷道支護采區(qū)巷道支護一、巷道支護原則：一、巷道支護原則： 支護特點：臨時性、可變形。支護要求：確保安全，維護最小允許斷面。 基本支護類型：基本支護類型： （1）木支護：）木支護：梯形（對棚或密集等） （2）金屬支架：）金屬支架： 工字鋼梯形支架平頂可縮金屬支架拱形可縮性金屬支架 棚間距0.50.7m。（3）錨桿支護：錨桿支護：二、巷道金屬支架支護：二、巷道金屬支架支護： 1、U 型鋼可縮性支架型鋼可縮性支架： （拱可縮）U型鋼型號：U18、U25、U29、U36（kg/m） 1）基本結(jié)構(gòu)類型：基本結(jié)構(gòu)類型：2）支架連接件：）支架連接件： （螺栓連接

19、件，楔式連接件） 上限位連接件上限位連接件 中間連接件中間連接件 下位連接件下位連接件 連接件=鎖緊構(gòu)件+摩擦機構(gòu)螺栓連接件：強度高、剛性大、可縮性好、工作螺栓連接件：強度高、剛性大、可縮性好、工作 阻力穩(wěn)定、型鋼滑移平穩(wěn)。阻力穩(wěn)定、型鋼滑移平穩(wěn)。2、礦用工字鋼支架：、礦用工字鋼支架： 剛性特性，可縮量小，適用于圍巖穩(wěn)定條件。剛性特性，可縮量小，適用于圍巖穩(wěn)定條件。 通過增加接榫木墊、棚腿插入底板（墊柱鞋）等措施通過增加接榫木墊、棚腿插入底板（墊柱鞋）等措施可以增加適量可縮量?？梢栽黾舆m量可縮量。 現(xiàn)場以梯形支架為主，拱型有如下類型：拱頂斜腿拱頂斜腿 拱頂直腿拱頂直腿 錨噴加強拱頂錨噴加強拱頂三、三、 巷道錨桿支護巷道錨桿支護1、錨桿種類與錨固力：、錨桿種類與錨固力： 錨桿分類錨桿分類 錨固力錨固力機械錨固式賬殼式、倒楔式、楔縫式；粘結(jié)錨固式樹脂、快硬水泥、水泥沙漿；摩擦錨固式縫管式、水脹式管狀錨桿。托錨力安裝時，拖板與錨桿的預(yù)緊力；粘錨力粘結(jié)摩擦力與錨桿軸力；切向錨固力限制巖塊沿弱面滑動的力。初錨力、工作錨固力、殘余錨固力2、錨桿支護原理：、錨桿支護原理： 1）懸吊原理）懸吊原