采区巷道矿压显现及其控制.ppt

第六章第六章 采区巷道矿压显现及其控制采区巷道矿压显现及其控制 本章介绍：本章介绍： 采区巷道围岩应力及变形规律采区巷道围岩应力及变形规律 受采动影响巷道矿压显现规律受采动影响巷道矿压显现规律 巷道围岩控制原理巷道围岩控制原理 巷道围岩控制技术巷道围岩控制技术 2021/9/211§6.1 采区巷道变形与破坏采区巷道变形与破坏一、采区巷道概念：一、采区巷道概念： 采区巷道采区巷道——采区内的准备巷道和回采巷道采区上下山，区段平巷、回风平巷及切眼、各种联系巷道） 采区巷道特点：采区巷道特点： （（1）大部分属煤层巷道，围岩强度低；）大部分属煤层巷道，围岩强度低； （（2）受开采区影响大，巷道破坏严重；）受开采区影响大，巷道破坏严重； （（3）服务期限短，支护要求较低服务期限短，支护要求较低二、采区巷道变形与破坏形式：二、采区巷道变形与破坏形式：         冒落、下沉、鼓帮、片帮、底臌、开裂 2021/9/212三、影响巷道变形破坏的因素三、影响巷道变形破坏的因素 1、自然因素、自然因素           （1）岩性与构造特征           （2）巷道埋深H           （3）煤层倾角α           （4）地质构造           （5）水           （6）时间 2、开采技术、开采技术          （1）受采动影响情况           （2）巷道保护方法          （3）巷道断面的形状及支架架设时间 2021/9/213第二节第二节 采区巷道矿压显现规律采区巷道矿压显现规律一、受采动影响巷道的围岩应力：一、受采动影响巷道的围岩应力： 1、巷道围岩应力：、巷道围岩应力：弹性变形应力分布弹性变形应力分布塑性变形应力分布塑性变形应力分布2021/9/214 2、回采工作面周围支承压力分布：、回采工作面周围支承压力分布： 工作面超前支承压力峰值一般在煤壁前4~8米，影响范围为40~50米。

少数可达60~80米应力集中系数为2.5~3 工作面倾斜方向固定支承压力范围一般为15~30米少数可达35~40米，峰值一般距煤壁15~20米，应力集中系数为2~3 在拐角区要形成应力叠加，应力集中系数可达5~7 2021/9/215  煤层拐角处叠加支承压力煤层拐角处叠加支承压力2021/9/2163、采动引起的底板应力分布：、采动引起的底板应力分布：一侧采空两侧采空影响深度为1.5~2B影响深度为3～4B压力传递影响角一般为30~40度2021/9/217 煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区煤体与采空区交界处底板岩层中的不同矿压显现区A A– –应力增高区；应力增高区；B B– –应力降低区；应力降低区；C C– –影响微弱区；影响微弱区；D D– –未受影响区未受影响区2021/9/2184、构造应力对巷道稳定性的影响：、构造应力对巷道稳定性的影响： 1）构造应力特点：）构造应力特点： 以水平应力为主，具有明显的方向性、区域性以水平应力为主，具有明显的方向性、区域性。

2）水平应力对巷道的影响：）水平应力对巷道的影响： 影响影响巷道顶板——巷道底板——软岩（煤层）底臌、蠕变巷道两帮——引起拉应力，破裂、鼓出、塌落薄层页岩岩层面滑移厚层砂岩剪切、失稳冒落3）合理巷道方向：）合理巷道方向： 巷道轴向与最大主应力夹角小于巷道轴向与最大主应力夹角小于25~3025~30度度2021/9/2195、相邻巷道合理距离：、相邻巷道合理距离： 一般间距：一般间距： 大巷大巷———20~40米米（围岩稳定取小值，不稳定取大值）； 上下山上下山——15~30米；米； 集中巷集中巷——15~30米 （在浅部、坚硬岩层、急倾斜可为10米； 深部、松软围岩为50米）2021/9/2110二、走向平巷矿压显现规律：二、走向平巷矿压显现规律： 1、巷道围岩变形量：、巷道围岩变形量： （顶板下沉量、底臌量、巷帮移近量、深部围岩移近量、巷道剩余断面积） 顶底板移近量——巷道中心线高度减少值； 两帮移近量———巷道腰线平距减少值。

总变形量：总变形量：2021/9/2111Ⅰ：巷道掘进段：巷道掘进段——弹塑性、量小、趋于稳定、时间短；Ⅱ：无采掘影响段：无采掘影响段——主要为流变，受岩性影响较大；Ⅲ：采动影响段：采动影响段——前30～50m，后40～60m（峰值5～20m），量大；Ⅳ：采动影响稳定段：采动影响稳定段——位移、变形均较小，工作面后方100米以远；Ⅴ：二次采动影响段：二次采动影响段——影响剧烈程度及影响范围均较第一次为大           2、走向平巷矿压显现特点：、走向平巷矿压显现特点：走向巷道逐段受采动影响走向巷道逐段受采动影响2021/9/2112三、倾斜巷道矿压显现规律三、倾斜巷道矿压显现规律        巷道处于前方承压力的不同区域，有不同的矿压显现：（三个显现区域带）Ⅲ 、原始压力带、原始压力带  显现轻微，一般不受破坏 Ⅱ、支承压力影响带、支承压力影响带 工作面距巷道40～50m开始          变形、破坏严重，移近速度达10mm～30mm/d峰值区严重 Ⅰ 、煤体边缘卸载带、煤体边缘卸载带           煤体破坏，应力降低，向平衡过度，移近量仍较大。

Ⅰ—卸载带；Ⅱ—支承压力带；Ⅲ—原岩应力带 倾斜巷道全长同时受采动影响倾斜巷道全长同时受采动影响 2021/9/2113第三节第三节 巷道围岩控制原理巷道围岩控制原理巷道围岩的基本巷道围岩的基本途径途径：： 降低围岩应力、提高围岩稳定性及合理的支护选择降低围岩应力、提高围岩稳定性及合理的支护选择巷道围岩控制手段的巷道围岩控制手段的实质实质：： 如何利用煤层开采引起周围应力重新分布规律，正确选择巷道布置和护巷方法，使巷道位于应力如何利用煤层开采引起周围应力重新分布规律，正确选择巷道布置和护巷方法，使巷道位于应力降低区，从而减轻或避免回采引起的支承压力的影响，控制围岩应力降低区，从而减轻或避免回采引起的支承压力的影响，控制围岩应力一、一、 巷道的围岩压力及影响因素巷道的围岩压力及影响因素1. 围岩压力围岩压力 定义：围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力定义：围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力 种类：种类： 松动围岩压力松动围岩压力 变形围岩压力变形围岩压力 膨胀围岩压力膨胀围岩压力 冲击和撞击压力冲击和撞击压力2. 影响因素影响因素 开采因素：回采工作面状况、巷道的保护方法开采因素：回采工作面状况、巷道的保护方法 地质因素：原岩应力状态、围岩的力学性质、岩层结构、岩石组成和胶结状态、围岩中的水份补地质因素：原岩应力状态、围岩的力学性质、岩层结构、岩石组成和胶结状态、围岩中的水份补给状况。

给状况2021/9/2114二、巷道的围岩控制原理和方法二、巷道的围岩控制原理和方法 1.控制原理控制原理 巷道围岩控制巷道围岩控制：控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取的措施控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取的措施 基本原理：基本原理：根据围岩应力、围岩强度及它们之间的关系，选择合适的巷道布置、根据围岩应力、围岩强度及它们之间的关系，选择合适的巷道布置、保护及支护方式保护及支护方式 2. 控制方法控制方法 （（1）巷道布置）巷道布置 （（2）巷道保护和支护）巷道保护和支护三、巷道围岩稳定性分类及支护选择三、巷道围岩稳定性分类及支护选择 1.分类的意义：分类的意义： 巷道围岩稳定因素复杂，进行分类为巷道支护设计施工管理提供科学依据巷道围岩稳定因素复杂，进行分类为巷道支护设计施工管理提供科学依据 2.分类方法分类方法 模糊聚类分析方法模糊聚类分析方法 3.分类分类 （五个类别：极不稳定、不稳定、中等稳定、稳定、非常稳定）（五个类别：极不稳定、不稳定、中等稳定、稳定、非常稳定） 七个指标：七个指标： 围岩强度围岩强度 围岩应力围岩应力 作用：作用： 1.巷道围岩移近量预算巷道围岩移近量预算 a.根据巷道埋深根据巷道埋深H和顶底板岩层平均单向抗压强度和顶底板岩层平均单向抗压强度 b.通过围岩稳定性类别预计通过围岩稳定性类别预计 2. 选择巷道的支护形式选择巷道的支护形式 2021/9/2115第四节第四节 巷道维护（支护）原理和支护技术巷道维护（支护）原理和支护技术 一、一、“支架支架—围岩围岩”相互作用原理相互作用原理         支架——围岩构成统一的力学体系，二者之间有相互作用，而二者合之又共同承载。

 1、支架、支架—围岩相互作用的基本状态：围岩相互作用的基本状态：给给定定载载荷荷状状态态——顶板岩石与上覆岩层离层或脱落，支架仅承受其自重作用，与母体岩层的移动变形无关  给给定定变变形形状状态态 ——没有离层或脱落，支架变形取决于上覆岩层的运动状态支架阻力与围岩移动性质、支架特性有关                             当当支支架架变变形形特特性性与与围围岩岩变变形形不不相相适适应应时时，，则则可可承受更高的载荷，支架被破坏承受更高的载荷，支架被破坏 2021/9/2116给定载荷给定载荷——围岩与母体岩层脱离，不受母体岩层移动                      影响，支架仅承受固定载荷作用                    （支架载荷不大，且基本固定）给定变形给定变形——围岩受母体岩层移动影响，并将母体岩层                    移动变形传递给支架，支架受载与岩层变形                    特征有关                   （支架载荷较大，与围岩变形正比）2021/9/21172、、“支架支架—围岩围岩”相互作用原理：相互作用原理：    由芬纳位移公式可得右侧曲线由曲线有：由曲线有： 支撑力支撑力↑ →位移量位移量↓ 支撑力支撑力↓ →位移量位移量↑ 支撑力不可能完全限制围岩的位移；支撑力不可能完全限制围岩的位移； 支撑力小到一定程度，围岩变形急剧增大，甚至破坏；支撑力小到一定程度，围岩变形急剧增大，甚至破坏； 不同特性支架、支护时间不同，支架承受载荷不同不同特性支架、支护时间不同，支架承受载荷不同（可缩性支架、刚性支架）；（可缩性支架、刚性支架）； 合理支撑力应在曲线拐点附近。

合理支撑力应在曲线拐点附近2021/9/21183、、“支架支架—围岩围岩”相互作用原理的应用：相互作用原理的应用： 1）二次支护（新奥法））二次支护（新奥法）——让压支护 2）柔性支护）柔性支护——允许产生一定变形让压支护   3）主动支护）主动支护——加大围压，提高围岩强度抗压支护   2021/9/2119第五节第五节 巷道保护基本措施巷道保护基本措施一、基本原则：一、基本原则：                           允许围岩变形、提高围岩强度、降低围岩应力二、基本方法和途径：二、基本方法和途径： 1、控制方法：、控制方法：巷道保护——使围岩应力与岩体强度相适应           （采用适当断面，预留断面，煤柱护巷，巷道在减压区）巷道支护——架设支架防止围岩过度变形与移动巷道维修——改换已恶化的支撑系统，恢复围岩移动稳定性 2、控制原理、控制原理           抗压抗压 让压让压 躲压躲压 移压移压2021/9/2120三、基本措施：三、基本措施：           将巷道布置在岩性好的岩层内      将巷道布置在应力降低区      对巷道进行卸压保护常用方法为：常用方法为： 卸压                         无煤柱护巷                         2021/9/21211、巷道卸压保护：、巷道卸压保护：卸压原理卸压原理——采用人为方法，改变周边围岩应力分布，使                     峰值应力内移，巷道处于应力降低区。

1）巷道跨采卸压：）巷道跨采卸压： 跨采类型跨采类型纵跨——采面推进方向与巷道轴向平行；横跨——采面推进方向与巷道轴向垂直 矿压特点矿压特点纵跨——巷道逐段受采动影响（岩石集中巷）；横跨——巷道全长同时受采动影响（上山石门）跨采期间围岩移近量大，过后稳定跨采期间围岩移近量大，过后稳定2021/9/2122 纵向跨采纵向跨采（依次影响） 横向跨采横向跨采（同时影响）跨越平巷、跨越上山、 掘后跨采、掘前预采2021/9/2123 2）开槽（松动）卸压：）开槽（松动）卸压： 卸压措施卸压措施巷道周边开槽（孔）卸压巷道围岩松动爆破卸压开槽后可改变周边应力分布状态，使应力内移   无切缝无切缝 两帮切缝两帮切缝 顶底切缝顶底切缝 两帮顶底切缝两帮顶底切缝2021/9/21243）卸压巷硐卸压：）卸压巷硐卸压： 卸压巷硐位置卸压巷硐位置巷道一侧——被保护巷变形减少70—90%；巷顶————被护巷移近量为原来1/7—1/12；宽面掘巷——矸石带填充，隔离，效果好 一侧卸压一侧卸压 顶板卸压顶板卸压 宽巷卸压宽巷卸压2021/9/21254）掘前预采：）掘前预采： 在岩巷尚未掘进时，先将其上部煤层采掉，然后在采空区下掘进岩石巷道，使之在应力降低区。

       为效果最理想的方法       巷道围岩变形量减小4/5—5/6       要求岩巷距煤层较近，距开采区域平距足够2021/9/21262、无煤柱护巷技术、无煤柱护巷技术 1）护巷煤柱的稳定性：）护巷煤柱的稳定性： 留设煤柱留设煤柱优点：优点：可双巷掘进；技术简单；对通风、运输、排 水、               安全有利；缺点：缺点：煤损大；风巷受二次采动影响，维护费高；不利底            板巷道稳定；成为冲击地压、煤炭自燃隐患2021/9/21272）煤柱的应力分布：）煤柱的应力分布：一侧采空一侧采空煤柱很宽煤柱很宽煤柱较宽煤柱较宽煤柱较窄煤柱较窄形成：形成：     Ⅰ——破裂区     Ⅱ——塑性区      Ⅲ——弹性区      Ⅳ——原始应力区            2021/9/21283）护巷煤柱的稳定性：）护巷煤柱的稳定性： 煤柱宽度是影响煤柱稳定性和巷道维护的主要因素     护巷煤柱稳定条件：护巷煤柱稳定条件： 煤柱中央产生的弹性区（核）宽度煤柱中央产生的弹性区（核）宽度 不小于煤柱不小于煤柱高度的高度的2 2倍。

倍煤柱宽度：煤柱宽度：2021/9/21294）沿空掘巷的三种方式：）沿空掘巷的三种方式： 完全沿空掘巷；留小煤皮掘巷；保留部分老巷掘巷 2021/9/21305）沿空留巷巷旁支护：）沿空留巷巷旁支护： 巷旁支护作用巷旁支护作用 巷旁支护类型巷旁支护类型控制直接顶离层及时切断直接顶减少巷内支护承载封闭采空区木垛密集支柱矸石带混凝土砌块高水速凝水泥整体浇注巷旁充填技术（低水材料：石膏  高水材料：钙矾石）2021/9/2131第六节第六节 采区巷道支护采区巷道支护一、巷道支护原则：一、巷道支护原则： 支护特点：临时性、可变形       支护要求：确保安全，维护最小允许断面 基本支护类型：基本支护类型： （（1）木支护：）木支护：梯形（对棚或密集等） （（2）金属支架：）金属支架： 工字钢梯形支架                     平顶可缩金属支架                     拱形可缩性金属支架   棚间距0.5～0.7m 。

      （（3）锚杆支护：）锚杆支护：2021/9/2132二、巷道金属支架支护：二、巷道金属支架支护： 1、、U 型钢可缩性支架型钢可缩性支架：： （拱可缩）           U 型钢型号：U18、U25、U29、U36    （kg/m） 1）基本结构类型：）基本结构类型：2021/9/21332）支架连接件：）支架连接件： （螺栓连接件， 楔式连接件）     上限位连接件上限位连接件 中间连接件中间连接件 下位连接件下位连接件 连接件= 锁紧构件+ 摩擦机构螺栓连接件：强度高、刚性大、可缩性好、工作螺栓连接件：强度高、刚性大、可缩性好、工作 阻力稳定、型钢滑移平稳阻力稳定、型钢滑移平稳2021/9/21342、矿用工字钢支架：、矿用工字钢支架： 刚性特性，可缩量小，适用于围岩稳定条件刚性特性，可缩量小，适用于围岩稳定条件 通过增加接榫木垫、棚腿插入底板（垫柱鞋）等措施通过增加接榫木垫、棚腿插入底板（垫柱鞋）等措施可以增加适量可缩量。

可以增加适量可缩量 现场以梯形支架为主，拱型有如下类型：     拱顶斜腿拱顶斜腿 拱顶直腿拱顶直腿 锚喷加强拱顶锚喷加强拱顶2021/9/2135三、三、 巷道锚杆支护巷道锚杆支护1、锚杆种类与锚固力：、锚杆种类与锚固力： 锚杆分类锚杆分类 锚固力锚固力机械锚固式——账壳式、倒楔式、楔缝式；粘结锚固式——树脂、快硬水泥、水泥沙浆；摩擦锚固式——缝管式、水胀式管状锚杆托锚力——安装时，拖板与锚杆的预紧力；粘锚力——粘结摩擦力与锚杆轴力；切向锚固力——限制岩块沿弱面滑动的力初锚力、工作锚固力、残余锚固力2021/9/21362、锚杆支护原理：、锚杆支护原理： 1）悬吊原理）悬吊原理 2）组合梁原理）组合梁原理 3）压缩拱原理）压缩拱原理 4）最大水平应力原理）最大水平应力原理 5）围岩强度强化理论）围岩强度强化理论2021/9/21373、组合锚杆支护：、组合锚杆支护： 1）锚梁网联合支护：）锚梁网联合支护：            锚杆锚杆 + 托梁（钢带）托梁（钢带）+ 金属网金属网2）桁架锚杆支护：）桁架锚杆支护：锚杆锚杆 + 拉杆拉杆 + 拉紧器拉紧器 + 垫块垫块2021/9/2138      桁架锚杆在顶板内会形成水平和铅直方向挤压力，使顶板的中性轴下移，增强顶板抗弯能力，提高其整体性。

2021/9/21394、预应力锚索：、预应力锚索： 1）类型）类型胀壳式钢绞线预应力锚索沙浆粘结式预应力锚索2）小口径预应力锚索结构：）小口径预应力锚索结构：锚索比锚杆长，可锚入深部较稳定的岩层中2021/9/21405、锚杆支护系统设计方法：、锚杆支护系统设计方法： 由地质调查、设计、施工、监测、信息反馈等相互由地质调查、设计、施工、监测、信息反馈等相互制约影响，综合完成系统设计制约影响，综合完成系统设计主要包括： 1）地质力学评估围岩应力及岩体强度；       2）初始设计，并对选定方案进行稳定性分析；       3）施工；       4）现场监测（锚杆受力、深部围岩移动）       5）信息反馈与修改完善；       6）重复进行上述步骤，直至满意为止   2021/9/2141四、采区巷道联合支护：四、采区巷道联合支护：1、联合支护原理、联合支护原理——分阶段综合运用多种支护形式维护巷道2、联合支护方式：、联合支护方式：锚杆+棚子——单用锚杆不行时锚网+金属棚子+人工砌垛——采深大，压力大，留巷           目前，煤巷锚杆支护常用：        锚索+锚杆+W型钢带+拱可缩支架联合支护，效果            较好。

2021/9/2142。