采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制課件

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2024/3/14采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制§6.1采區(qū)巷道變形與破壞一、采區(qū)巷道概念：

采區(qū)巷道——采區(qū)內(nèi)的準(zhǔn)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(diǎn)：（1）大部分屬煤層巷道，圍巖強(qiáng)度低；（2）受開(kāi)采區(qū)影響大，巷道破壞嚴(yán)重；（3）服務(wù)期限短，支護(hù)要求較低。二、采區(qū)巷道變形與破壞形式：

冒落、下沉、鼓幫、片幫、底臌、開(kāi)裂

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制三、影響巷道變形破壞的因素

1、自然因素

（1）巖性與構(gòu)造特征（2）巷道埋深H（3）煤層傾角α（4）地質(zhì)構(gòu)造（5）水（6）時(shí)間

2、開(kāi)采技術(shù)（1）受采動(dòng)影響情況（2）巷道保護(hù)方法（3）巷道斷面的形狀及支架架設(shè)時(shí)間

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制第二節(jié)采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律一、受采動(dòng)影響巷道的圍巖應(yīng)力：

1、巷道圍巖應(yīng)力：彈性變形應(yīng)力分布塑性變形應(yīng)力分布采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制

2、回采工作面周?chē)С袎毫Ψ植迹?/p>

工作面超前支承壓力峰值一般在煤壁前4~8米，影響范圍為40~50米。少數(shù)可達(dá)60~80米。應(yīng)力集中系數(shù)為2.5~3。

工作面傾斜方向固定支承壓力范圍一般為15~30米。少數(shù)可達(dá)35~40米，峰值一般距煤壁15~20米，應(yīng)力集中系數(shù)為2~3。

在拐角區(qū)要形成應(yīng)力疊加，應(yīng)力集中系數(shù)可達(dá)5~7。

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制

煤層拐角處疊加支承壓力采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制3、采動(dòng)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1.5~2B影響深度為3～4B壓力傳遞影響角一般為30~40度采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制煤體與采空區(qū)交界處底板巖層中的不同礦壓顯現(xiàn)區(qū)A–應(yīng)力增高區(qū)；B–應(yīng)力降低區(qū)；C–影響微弱區(qū)；D–未受影響區(qū)采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制4、構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響：1）構(gòu)造應(yīng)力特點(diǎn)：

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(duì)巷道的影響：

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(yè)巖巖層面滑移厚層砂巖剪切、失穩(wěn)冒落3）合理巷道方向：

巷道軸向與最大主應(yīng)力夾角小于25~30度采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制5、相鄰巷道合理距離：一般間距：

大巷———20~40米（圍巖穩(wěn)定取小值，不穩(wěn)定取大值）；

上下山——15~30米；集中巷——15~30米。

（在淺部、堅(jiān)硬巖層、急傾斜可為10米；深部、松軟圍巖為50米）采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制二、走向平巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律：

1、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俊锏乐行木€(xiàn)高度減少值；兩幫移近量———巷道腰線(xiàn)平距減少值。

總變形量：采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制Ⅰ：巷道掘進(jìn)段——彈塑性、量小、趨于穩(wěn)定、時(shí)間短；Ⅱ：無(wú)采掘影響段——主要為流變，受巖性影響較大；Ⅲ：采動(dòng)影響段——前30～50m，后40～60m（峰值5～20m），量大；Ⅳ：采動(dòng)影響穩(wěn)定段——位移、變形均較小，工作面后方100米以遠(yuǎn)；Ⅴ：二次采動(dòng)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(diǎn)：走向巷道逐段受采動(dòng)影響采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制三、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(gè)顯現(xiàn)區(qū)域帶）Ⅲ、原始?jí)毫?/p>

顯現(xiàn)輕微，一般不受破壞。

Ⅱ、支承壓力影響帶

工作面距巷道40～50m開(kāi)始變形、破壞嚴(yán)重，移近速度達(dá)10mm～30mm/d。峰值區(qū)嚴(yán)重。

Ⅰ、煤體邊緣卸載帶

煤體破壞，應(yīng)力降低，向平衡過(guò)度，移近量仍較大。

Ⅰ—卸載帶；Ⅱ—支承壓力帶；Ⅲ—原巖應(yīng)力帶

傾斜巷道全長(zhǎng)同時(shí)受采動(dòng)影響

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制第三節(jié)巷道圍巖控制原理巷道圍巖的基本途徑：降低圍巖應(yīng)力、提高圍巖穩(wěn)定性及合理的支護(hù)選擇巷道圍巖控制手段的實(shí)質(zhì)：

如何利用煤層開(kāi)采引起周?chē)鷳?yīng)力重新分布規(guī)律，正確選擇巷道布置和護(hù)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)力一、巷道的圍巖壓力及影響因素1.圍巖壓力

定義：圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)物上的擠壓力或塌落巖石的重力種類(lèi)：松動(dòng)圍巖壓力變形圍巖壓力膨脹圍巖壓力沖擊和撞擊壓力2.影響因素

開(kāi)采因素：回采工作面狀況、巷道的保護(hù)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(bǔ)給狀況。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制二、巷道的圍巖控制原理和方法1.控制原理

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。

基本原理：根據(jù)圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度及它們之間的關(guān)系，選擇合適的巷道布置、保護(hù)及支護(hù)方式2.控制方法（1）巷道布置（2）巷道保護(hù)和支護(hù)三、巷道圍巖穩(wěn)定性分類(lèi)及支護(hù)選擇1.分類(lèi)的意義：巷道圍巖穩(wěn)定因素復(fù)雜，進(jìn)行分類(lèi)為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)施工管理提供科學(xué)依據(jù)。2.分類(lèi)方法模糊聚類(lèi)分析方法3.分類(lèi)（五個(gè)類(lèi)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(gè)指標(biāo)：圍巖強(qiáng)度圍巖應(yīng)力

作用：1.巷道圍巖移近量預(yù)算a.根據(jù)巷道埋深H和頂?shù)装鍘r層平均單向抗壓強(qiáng)度b.通過(guò)圍巖穩(wěn)定性類(lèi)別預(yù)計(jì)2.選擇巷道的支護(hù)形式采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制第四節(jié)巷道維護(hù)（支護(hù)）原理和支護(hù)技術(shù)

一、“支架—圍巖”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—圍巖相互作用的基本狀態(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(dòng)變形無(wú)關(guān)。給定變形狀態(tài)——沒(méi)有離層或脫落，支架變形取決于上覆巖層的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。支架阻力與圍巖移動(dòng)性質(zhì)、支架特性有關(guān)。

當(dāng)支架變形特性與圍巖變形不相適應(yīng)時(shí)，則可承受更高的載荷，支架被破壞。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制給定載荷——圍巖與母體巖層脫離，不受母體巖層移動(dòng)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——圍巖受母體巖層移動(dòng)影響，并將母體巖層移動(dòng)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）采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2、“支架—圍巖”相互作用原理：由芬納位移公式可得右側(cè)曲線(xiàn)由曲線(xiàn)有：支撐力↑→位移量↓

支撐力↓→位移量↑

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；不同特性支架、支護(hù)時(shí)間不同，支架承受載荷不同（可縮性支架、剛性支架）；合理支撐力應(yīng)在曲線(xiàn)拐點(diǎn)附近。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制3、“支架—圍巖”相互作用原理的應(yīng)用：1）二次支護(hù)（新奧法）——讓壓支護(hù)2）柔性支護(hù)——允許產(chǎn)生一定變形。讓壓支護(hù)

3）主動(dòng)支護(hù)——加大圍壓，提高圍巖強(qiáng)度?？箟褐ёo(hù)

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制第五節(jié)巷道保護(hù)基本措施一、基本原則：

允許圍巖變形、提高圍巖強(qiáng)度、降低圍巖應(yīng)力。二、基本方法和途徑：

1、控制方法：巷道保護(hù)——使圍巖應(yīng)力與巖體強(qiáng)度相適應(yīng)（采用適當(dāng)斷面，預(yù)留斷面，煤柱護(hù)巷，巷道在減壓區(qū)）巷道支護(hù)——架設(shè)支架防止圍巖過(guò)度變形與移動(dòng)巷道維修——改換已惡化的支撐系統(tǒng)，恢復(fù)圍巖移動(dòng)穩(wěn)定性。

2、控制原理

抗壓讓壓躲壓移壓采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制三、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(duì)巷道進(jìn)行卸壓保護(hù)常用方法為：

卸壓無(wú)煤柱護(hù)巷

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制1、巷道卸壓保護(hù)：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：跨采類(lèi)型縱跨——采面推進(jìn)方向與巷道軸向平行；橫跨——采面推進(jìn)方向與巷道軸向垂直。

礦壓特點(diǎn)縱跨——巷道逐段受采動(dòng)影響（巖石集中巷）；橫跨——巷道全長(zhǎng)同時(shí)受采動(dòng)影響（上山石門(mén)）跨采期間圍巖移近量大，過(guò)后穩(wěn)定。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制縱向跨采（依次影響）橫向跨采（同時(shí)影響）跨越平巷、跨越上山、掘后跨采、掘前預(yù)采。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2）開(kāi)槽（松動(dòng)）卸壓：

卸壓措施巷道周邊開(kāi)槽（孔）卸壓巷道圍巖松動(dòng)爆破卸壓開(kāi)槽后可改變周邊應(yīng)力分布狀態(tài)，使應(yīng)力內(nèi)移。

無(wú)切縫兩幫切縫頂?shù)浊锌p兩幫頂?shù)浊锌p采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制3）卸壓巷硐卸壓：

卸壓巷硐位置巷道一側(cè)——被保護(hù)巷變形減少70—90%；巷頂————被護(hù)巷移近量為原來(lái)1/7—1/12；寬面掘巷——矸石帶填充，隔離，效果好。一側(cè)卸壓頂板卸壓寬巷卸壓采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制4）掘前預(yù)采：

在巖巷尚未掘進(jìn)時(shí)，先將其上部煤層采掉，然后在采空區(qū)下掘進(jìn)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4/5—5/6。要求巖巷距煤層較近，距開(kāi)采區(qū)域平距足夠。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2、無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)1）護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性：

留設(shè)煤柱優(yōu)點(diǎn)：可雙巷掘進(jìn)；技術(shù)簡(jiǎn)單；對(duì)通風(fēng)、運(yùn)輸、排水、安全有利；缺點(diǎn)：煤損大；風(fēng)巷受二次采動(dòng)影響，維護(hù)費(fèi)高；不利底板巷道穩(wěn)定；成為沖擊地壓、煤炭自燃隱患。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2）煤柱的應(yīng)力分布：一側(cè)采空煤柱很寬煤柱較寬煤柱較窄形成：Ⅰ——破裂區(qū)Ⅱ——塑性區(qū)Ⅲ——彈性區(qū)Ⅳ——原始應(yīng)力區(qū)

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制3）護(hù)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(hù)的主要因素。

護(hù)巷煤柱穩(wěn)定條件：

煤柱中央產(chǎn)生的彈性區(qū)（核）寬度不小于煤柱高度的2倍。煤柱寬度：采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制4）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

采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制5）沿空留巷巷旁支護(hù)：

巷旁支護(hù)作用巷旁支護(hù)類(lèi)型控制直接頂離層及時(shí)切斷直接頂減少巷內(nèi)支護(hù)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)（低水材料：石膏高水材料：鈣礬石）采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制第六節(jié)采區(qū)巷道支護(hù)一、巷道支護(hù)原則：

支護(hù)特點(diǎn)：臨時(shí)性、可變形。支護(hù)要求：確保安全，維護(hù)最小允許斷面。

基本支護(hù)類(lèi)型：

（1）木支護(hù)：梯形（對(duì)棚或密集等）（2）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0.5～0.7m。

（3）錨桿支護(hù)：采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制二、巷道金屬支架支護(hù)：1、U型鋼可縮性支架：（拱可縮）

U型鋼型號(hào)：U18、U25、U29、U36（kg/m）

1）基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型：采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2）支架連接件：（螺栓連接件，楔式連接件）

上限位連接件中間連接件下位連接件連接件=鎖緊構(gòu)件+摩擦機(jī)構(gòu)螺栓連接件：強(qiáng)度高、剛性大、可縮性好、工作阻力穩(wěn)定、型鋼滑移平穩(wěn)。采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制2、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。通過(guò)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。

現(xiàn)場(chǎng)以梯形支架為主，拱型有如下類(lèi)型：

拱頂斜腿拱頂直腿錨噴加強(qiáng)拱頂采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)及其控制三、巷道錨桿支護(hù)1、錨桿種類(lèi)與錨固力：

錨桿分類(lèi)錨固力機(jī)械錨固式——賬殼式、倒楔式、楔縫式；粘結(jié)錨固式——樹(shù)脂、快硬水泥、