回采巷道矿压理论.docx

矿山压力与岩层把握本章从采动影响的角度介绍了不同煤层巷道开掘的位置和时间，回采巷道围岩变形估量方法，回采巷道围岩稳定性分类方法和回采巷道支护设计方法第八章回采巷道矿压理论213§8.1 煤层巷道开掘的位置和时间8.1.1 再谈支承压力分布8.1.2 煤体处于弹性状态时巷道开掘的位置和时间8.1.3 煤体边缘处于塑性状态时巷道开掘的位置和时间8.1.4 厚煤层中、下分层巷道开掘的位置和时间§8.2 回采巷道围岩变形量估量方法8.2.1 巷道围岩变形过程及组成8.2.2 巷道围岩变形量的估量8.2.3 影响巷道围岩变形量的因素§8.3 回采巷道围岩稳定性分类方法8.3.1 分类的依据8.3.2 分类指标8.3.3 分类方法§8.4 回采巷道支护设计方法8.4.1 巷道支架对围岩的工作状态8.4.2 巷道支护类型的选择8.4.3 巷道支护方式确定的原则8.4.4 煤巷锚杆支护设计回采工作面四周巷道是回采工作面通风、行人、运输的咽喉，又受回采工作引起的覆岩运动和支承压力的作用，其维护状况直接影响矿井正常生产和经济效益依据矿山压力分布及其显现规律选择回采工作面四周巷道的合理位置，以到达尽可能减轻采动影响，改善巷道维护状况的目的，是当前煤矿生产中急需解决的重大课题之一。

国内外煤矿生产实践证明，随着开采深度增加，巷道矿压把握问题日益突出，愈来愈被人们所重视巷道矿压把握实践说明，要把回采工作面四周巷道矿压显现把握在安全上牢靠、技术上可能、经济上合理的程度，必需争论和解决一系列理论和实际问题，例如：（1） 选择巷道开掘的合理位置和时间；（2） 正确估量巷道围岩变形量、确定初始工作断面；（3） 正确进展支护设计，包括确定支架对围岩的工作状态、选择支护类型和支护方式以及设 计型支架、计算支护密度§8.1 煤层巷道开掘的位置和时间8.1.1 再谈支承压力分布国内外学者和现场技术人员争论说明，当煤体上支承压力顶峰值超过煤体单向抗压强度时，煤 体边缘进入塑性破坏状态，支承压力顶峰向煤体内部转移，煤体边缘确定范围内消灭卸压现象在 这种状态下，只要根本顶强度较高或厚度较大，运动时回采工作面有明显影响，端部裂断线深入煤 壁前方，压力分布就会随根本顶岩层运动而明显变化，在根本顶裂断后形成内外两个应力场，即第 四章消灭内应力场的支承压力分布形式但如根本顶强度较低或厚度较小，则根本顶端部裂断线将 处于煤壁上方四周，显著运动时对支承压力分布和回采工作面矿压格外明显的影响由于煤体单向 抗压强度一般为 10 MPa～16MPa，最大变化范围为5 MPa～50 MPa，因此在我国目前开采深度通常为 100m～600m 的开采条件下，大局部回采工作面煤体边缘进入了塑性状态，但也有一些回采工作面的支承压力峰值小于煤体单向抗压强度，煤体边缘始终处于弹性变外形态，支承压力分布形式不 随上覆岩层运动而变化，呈单调曲线，顶峰在煤体边缘上。

煤体边缘处于塑性状态与弹性状态下支 承压力分布特征、存在条件及其判别方法如表8.1 所示煤体边缘力学状态支承压力状 态表 8.1 煤体力学状态与支承压力分布特征进入塑性破坏状态消灭内应力场 不消灭内应力场处于弹性变外形态不消灭内应力场支承压力分布弹性区进展规律 弹性区塑性区塑性区弹性区 塑性区顶峰在煤体边缘，压力分布顶峰进入煤壁前方，边缘消灭卸压，压力分布随根本顶岩层运动进展而明显变化Km γH＞H 〔煤体单向 抗压强顶峰进入煤体内部，边缘消灭卸 为一单调曲线，其形态不随压，压力分布是单一峰值曲线 岩层运动进展而变化力学特征 c度〕存在KmgH＞s cKmgH £ s c条件 现场特征支承压力状态判宏观现象采深较大，冒高与采高之比较小，煤体强度较低根本顶厚度较大或强度较高，运动对回采工作面有明显影响消灭内应力场煤体边缘压酥，工作面煤壁片帮采深较大，冒高与采高之比较小，煤体强度较低根本顶厚度较小或强度较低，运动对回采工作面无格外明显的影响不消灭内应力场采深较小，冒高与采高之比较大，煤体强度较高不出内应力场煤体边缘完整别方 支承压力法 显现特征岩梁端部裂断深入煤体内部，支承压力显现发生明显变化，裂断线处消灭反弹现象。

岩梁端部裂断在煤壁上方四周，支承压力显现没有格外明显变化岩梁端部裂断在煤壁上方四周，裂断时在煤体边缘消灭反弹现象8.1.2 煤体处于弹性状态时巷道开掘位置和时间矿山压力与岩层把握（1） 煤体边缘处于弹性状态条件下的沿空留巷方案图 8.1 表示煤体边缘处于弹性变外形态条件下支承压力分布和留巷的围岩变外形况其特点是： 根本顶在煤体边缘裂断，由根本顶回转下沉造成的顶板下沉量小；煤体边缘处于弹性变外形态，由 煤体变形引起的巷道顶板下沉量小、帮压小；支承压力顶峰在煤体边缘，巷道底膨量小因此，在 无内应力场条件下沿空留巷维护一般是比较简洁的，特别是在有相应的支护手段时，应乐观承受沿 空留巷图 8.1 煤体边缘处于弹性变外形态条件下留巷的围岩状况（2） 送巷开掘的位置和时间在煤体边缘处于弹性变外形态的条件下，工作面两侧煤体上的支承压力分布如图 8.2 所示，上区段工作面前方支承压力顶峰在煤体边缘，下区段工作面前方叠加支承压力顶峰仍在煤体边缘或进入煤体内部ⅢⅡⅠ上区段采空区3 2 1图 8.2 煤体边缘处于弹性变外形态条件下侧向煤体上支承压力分布Ⅰ—上区段工作面前方侧向煤体上支承压力分布；Ⅱ—下区段工作推动时叠加支承压力分布〔顶峰在煤体边缘〕；Ⅲ—下区段工作面推进时叠加支承压力分布〔顶峰进入体内煤部〕在煤体边缘处于弹性变外形态条件下有三种可能送巷位置：沿空送巷〔位置1〕、小煤柱的送巷〔位置 2〕和大煤柱送巷〔位置 3〕。

实践说明，根本顶触矸后沿空送巷是比较合理的由于煤体边缘处于弹性变外形态，故送巷引起的围岩变形较小当受本工作面回采影响时，假设煤体边缘由于 叠加支承压力的作用进入塑性破坏状态，巷道围岩变形量会急剧增加但支承压力顶峰要向煤体内 部转移，位置 2 的巷道将处于叠加支承压力峰值区内，势必受到叠加压力顶峰影响，巷道围岩同样会进入塑性破坏状态〔巷道两帮煤体处于单向受力状态〕、而且小煤柱可能失去稳定性，因此巷道2217的围岩变形也会急剧增加假设叠加支承压力峰值缺乏以使煤体边缘发生塑性破坏，则位置1 的变形量不大，不必在位置 2 送巷图 8.2 中 1、2 的巷道围岩变形主要是由本工作面回采时叠加支承压力作用引起的，且位置 1 优于位置 2巷道位置 3 在原始应力区中，只受超前支承压力作用，巷道围岩变形量最小但煤柱损失大， 且给下部煤层开采带来不利影响，尤其是深部开采和开采有冲击倾向性煤层更加不利沿空送巷如在根本顶触矸前掘出，则巷道将由于根本顶回转来压而产生很大的顶板下沉〔图 8.3（a） ；在根本顶岩梁触矸石后掘巷，则不受顶板显著运动的影响〔图8.3〔b〕a) (b)〔a〕根本顶触矸前送巷 (b) 根本顶触矸后送巷图 8.3 送巷时间对巷道顶板下沉的影响综上所述，煤体边缘处于弹性变外形态条件下应在根本顶触矸后沿空送巷。

8.1.3 煤体边缘进入塑性状态时巷道开掘位置和时间依据理论争论和现场实测结果，工作面前方两侧煤体上支承压力分布随覆岩运动进展的过程如 图 8.4 所示，包括四个阶段该图还说明，巷道开掘的位置和时间打算着巷道受顶板活动影响和支承压力作用的过程和程度，以及巷道变形量和维护状况a)(b)(c)(d)图 8.4 巷道受采动影响的过程a—岩层处于相对稳定状态阶段；b—岩层显著运动阶段；c—覆岩稳定阶段；d—压力叠加阶段（1） 沿空留巷方案图 8.4〔c〕说明，由于煤体边缘进入塑性破坏状态，支承压力顶峰进入煤体内部，根本顶岩梁从煤体内部裂断，因此，留巷的顶板下沉、底板膨起、两帮移近都较大沿空留巷在采空区顶板活 动稳定后将长期处于采空区边缘的应力降低区，只要巷道支护类型和支护方式得当，即可到达改善 巷道维护状况的目的此外，沿空留巷有如下优点：①与送巷相比可以少掘一条巷道，从而大幅度降低巷道掘进率，削减掘进工程量和掘进费用；②可以避开沿空掘巷需要滞后掘进的缺点，从而保证回采工作在时间、空间上按各区段挨次连续开采，有利于矿井集中生产，改善矿井采掘接替关系；③可以避开因地质变化而造成的停采待掘现象，有利于提高工作面单产。

目前沿空留巷的推广和试验状况：沿空留巷在薄煤层及厚度 2m 以下的中厚煤层中应用效果较好，对支护要求能够根本适应，推广应用面较广；厚度为 2.4～3.0m 的煤层中已获沿空留巷阅历； 沿空留巷在缓倾斜和急倾斜煤层中都可以应用，但大多数矿井用于倾角小于20°左右的煤层，当倾角较大时，应实行相应的技术措施防止支架滑倒及窜矸等现象；对中等垮落性和易垮落顶板都可应用沿空留巷，但要依据具体状况选用不同的支护类型在适宜的支护技术水平和地质条件下应大力推广沿空留巷，但应依据围岩性质、煤层厚度、倾角等条件，选择合理的巷内支架和巷旁支护的类型及参数，对巷道进展联合支护，适当加大掘进断面使巷道留有确定的备用收缩量另外，对沿空留巷要尽快加以复用，以改善维护状况，提高技术经济效果2） 送巷的位置和时间①顶板运动和支承压力分布对送巷的位置和时间的影响图 8.4 所示有内应力场条件下四种可能的送巷位置为：在内应力场中的沿空送巷〔位置1〕和小煤柱送巷〔位置 2〕、在外应力场中的煤柱护巷〔位置 3〕以及原始应力区的大煤柱送巷方案〔位置 4〕由于内应场中的煤体已发生塑性破坏，处于卸压状态，因此内应力场中掘巷不会引起支承压力分布和煤体力学状态的明显变化。

从顶板活动和支承压力分布进展过程来看，根本顶岩梁触矸后〔内 应力场稳定后〕在内应力场中送巷，不仅可以避开由于根本顶显著运动而产生很大的巷道顶板下沉， 而且在覆岩稳定和压力叠加过程中内应力场的应力上升较少，巷道受采动影响较小在位置3 送巷后，巷道两帮煤体由三向受压状态变成单向受压状态，在支承压力峰值区的作用下，巷道两帮煤体 必定要发生塑性破坏，送巷后即产生较大的围岩变形尤其是受本工作面采动影响时处于支承压力峰值叠加区内，巷道难以维护在位置 4 送巷仅受超前支承压力作用，维护状况较好，但煤柱损失大由上述分析，根本顶触矸后在内应力场中送巷位置1 和位置 2 是合理的根本顶岩梁触矸是在内应力场中送巷受力和维护状况比沿空留巷优越的先决条件假设掘巷时根本顶岩梁尚未触矸，即掘巷滞后回采工作面的距离过短，则在内应力场中送巷的受力和变形就与留巷差异不大了可见，送巷的位置由内应力场的范围打算，送巷的时间由根本顶运动的进展过程打算在推想岩梁运动和支承压力分布的根底上，可以确定送巷的合理位置和时间②不同送巷位置和时间时的矿压显现与护巷效果内应力场稳定后，在内应场中送巷时，巷道围岩在应力重分布过程中会有明显变形，但随掘出的时间延长按负指数规律衰减，一般经过10 天左右变形速度就趋向稳定。

例 1：铜川李家塔矿五号层在已稳定的采空。