深部巷道围岩控制教案资料.ppt

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1、深部巷道围岩控制1.概述随着矿井开采深度、强度的增加，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力达到甚至超过岩石抗压强度时，有关岩体力学科学与工程的若干问题由量变逐渐发生质的变化，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。巷道维护困难已成为制约煤矿安全高效开采的瓶颈，巷道围岩控制是煤矿开采中急待解决的关键问题之一。深部软岩成为重点1.1背景和意义深部巷道与深井是两个不同的概念。一般认为：矿井深度大于800m为深井。而深部巷道是由矿井深度和岩性两个因素决定。矿井

2、巷道由浅部过渡到深部的深浅部界限称为“极限深度”。围岩单轴抗压强度/MPa巷道极限深度/m<2015020~30300~40030~60650~750>60>1000极限深度以上支护简单、易维护；以下则明显困难。表1-1巷道极限深度表1.2“深部巷道”的概念垂直应力(Brown&Hoek,1978)开采深度岩层因自重引起的垂直应力随深度增加呈线性增大。1.3岩性与矿压显现水平应力水平应力与垂直应力之比(Brown&Hoek,1978)开采深度埋深≤1000m，水平应力与垂直应力的比值大约为1.5

3、-5.0埋深≥1000m，水平应力与垂直应力的比值逐渐趋于集中，约为0.5-2.01.3岩性与矿压显现开采深度平均水平应力与垂直应力之比我国地应力测量结果1.3岩性与矿压显现主应力数值/MPa与东西方向夹角/与垂直方向夹角/与南北方向夹角/138.1326.5114.2100.1228.3563.928.579.331.6185.5104.114.8孙村矿地应力测试结果1.3岩性与矿压显现测试地点水平标高主应力/MPaP1/P2/P3主应力方向（夹角）/xyz3213面－46016

4、.55108198513.653071112.5-1.926787.5231215W（石门）－46316.074745101.511.7742.8132823.5187.77613.7协庄矿地应力测试结果1.3岩性与矿压显现（1）塑性区、破碎区范围显著增加；（2)两帮和顶、底角破碎区显著增大，围岩变形显著增加；原因：水平应力增加，两帮煤软，角部应力集中。（3）底鼓严重；（4)持续蠕变。1.3岩性与矿压显现2.深部巷道围岩控制的基本途径2.1影响巷道围岩稳定性的因素经典的Kastner巷道围岩特性

5、曲线方程：式中：R－塑性区半径；a－巷道半径；P0－原岩应力；Pi－支护阻力；c－岩石内聚力；φ－岩石内摩擦角；u0－巷道周边位移；G－围岩剪切模量。2.1影响巷道围岩稳定性的因素影响巷道围岩稳定性的主要因素有四：巷道所在位置的围岩应力（P0）、围岩力学性能（c、φ、G）、支护阻力（Pi）和巷道断面形式与尺寸，这也是控制巷道围岩变形的4个主要技术途径。050100150200250300350花岗岩石灰岩砂岩砂页岩页岩巷道周边弹塑性位移u0/MPacφ煤2.2基本途径一（改善巷道围岩应力状态）随

6、着巷道周边围岩应力增加，巷道表面位移及塑性区范围显著增大，降低巷道围岩应力对保持巷道围岩稳定具有重要作用。改善巷道围岩应力状态的主要技术途径包括：合理布置巷道、巷道围岩应力转移。（1）采动引起的应力重新分布(高抽布置)图2-1已采区及其两侧煤柱的应力分布Ⅰ－－冒落带；Ⅱ－裂隙带；Ⅲ－变曲下图4-1已采区及其两侧煤柱沉带；A－原始应力区；B1、B2－应力增高区、C－应力降低区；D－应力稳定区2.2.1合理布置巷道时间、空间上减少巷道承受支承压力影响；巷道布置在应力降低区；合理设计煤柱尺寸；考虑最大

7、水平应力的影响。2.2基本途径一（改善巷道围岩应力状态）图2-2留区段煤柱时回采空间垂直应力等值线分布2.2基本途径一（改善巷道围岩应力状态）2.2.1合理布置巷道（双巷及迎采）图2-3煤体与采空区交界处底板垂直应力等值线分布图2-4煤柱下方底板垂直应力等值线分布2.2基本途径一（改善巷道围岩应力状态）2.2.1合理布置巷道2.2基本途径一（改善巷道围岩应力状态）2.2.1合理布置巷道（2）巷道布置的原则：1）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间。

8、2）巷道布置在应力降低区或原岩应力区。3）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。4）如果需要留煤巷保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力影响或影响较小。5）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的水平距离x、与煤层垂直距离Z。6）在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。7）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行，避免与之垂直。2.2基本途径一（改善巷道围岩应力状态）2.2.1合理布置巷道2.2.2巷道围岩应力转移巷道顶底板掘巷的应力转移关键技术煤层上行开采的