（矿业工程专业论文）动压巷道稳定性控制理论与方法.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 摘要 本文根据采场超前支承压力分布与动压巷道变形观测成果，应用巷道稳定性 控制的新理论，结合大屯煤电公司姚桥煤矿的具体条件，探讨了上山保护煤柱的 确定方法。针对动压软岩巷道特点，根据煤层巷道锚杆支护组合梁理论和煤层巷 道刚柔耦合支护理论，在分析锚杆及锚索支护机理的基础上，对其支护参数及动 压煤巷二次支护时间进行了优化。并结合注浆技术，对动压煤层巷道进行了锚注 技术的实验研究。 现场实际观测表明，采场超前支承压力的分布范围为5 2 6 3 m 。上山保护煤 柱的宽度可取5 5 6 5 m 。在采区内各走向长壁回采工作面开采结束后，回收上山 煤柱。动压煤层巷道变形量大，两帮收敛量最大可达7 7 7 m m ，底鼓变形量最大可 达3 1 8 m m 。巷道收敛变形速度最大可达5 7 m m d ，底鼓最大变形速度为2 6 m m d 。 采用高强度树脂药卷加长锚固锚杆一锚索，配以菱形金属网、w 钢带联合支 护形式。约束锚固区内煤体的变形和破坏，加长锚圆形式还具有成本低、施工速 度快的特点。应用组合梁理论和工程类比方法，优化确定了煤层巷道锚杆支护参 数。实测结果证实，巷道围岩变形得到有效控制。顶板离层控制在允许范围内， 保证了生产安全、正常进行。应用巷道二次耦合支护原理，研究了巷道支护的关 键部位及其变形特征，确定了最佳支护时间。出现高应力腐蚀现象的部位就是需 要二次组合支护的关键部位。 注浆锚杆将破裂的巷道围岩胶结为一个整体，提高了围岩强度和刚度，加固 了围岩，变被动支护为主动支护，从而提高支护效果。注浆锚杆加固段的巷道变 形量大大减小，巷道稳定性显著提高。注浆锚杆支护是一项适用于动压煤层巷道、 破碎围岩巷道和软岩巷道支护的实用技术。 根据实验结果可以看出，锚注复合支护作为一种主动支护方式，具有比单一 锚杆( 索) 更好的支护效果，能更有效地控制围岩变形，改善围岩的应力状态， 特别是在高地应力巷道或软岩巷道，当单一支护方式难以使巷道保持长期稳定性 时，运用锚注复合支护是一种比较理想的支护方式。不仅减少了巷道两帮及顶底 板的移近量、而且改善了围岩的应力状态，缓解了围岩的应力集中程度，使得巷 道稳定性显著提高。 关键词l 超前支承压力动压煤层巷道锚杆支护参数优化最佳支护时间 注浆锚杆锚注复合支护巷道稳定性 东北大学硕士学位论文 摘要 t h e o r y a n dm e t h o do f d y n a m i c p r e s s u r e dm i n e r o a d w a ys t a b i l i t y c o n t r o l a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , i na c c o r d a n c et o o b s e r v a t i o nf r u i to fp i l o t s u p p o r t i n gp r e s s u r e s d i s t r i b u t i o na n dd y n a m i c p r e s s u r e d m i n e r o a d w a yd e f o r m a t i o n , u s i n g t h en e wt h e o r yo f c o n t r o l l i n go fr o a d w a ys 协b i l 吼i nc o m b i n a t i o n w i t ht h ec o n c r e t ec o n d i t i o n so f y a d q i a o c o a l m i n e ，d a m nc o a la n de l e c t r i c i t yc o m p a n y , d i s c u s s e st h ed e c i s i o nm e t h o do f r i s e p r o t e c t i n gp i l l a r t o t h ef e a t u r eo ft h e d y n a m i cp r e s s u r e d i n - s o f t - r o c k r o a d w a y , a c c o r d i n g t ot h ec o m b i n e db e a m t h e o r yo f i n - s e 脚r nr o a d w a yo fb o l ts u p p o r ta n dr i g i d - l i m pc o u p l i n gs u p p o r tt h e o r yo f i n - s e a mr o a d w a y , b a s e do nt h ea n a l y s i so fb o l ta n d c a b l es u p p o r t i n gm e c h a n i s m ，o p t i m i z e st h ep a r a m e t e r so fs u p p o r t i n ga n dd y n a m i c p r e s s u r e dm i n er o a d w a y s e c o n ds u p p o r t i n gt i m e a n da c c o r d i n gt og r o u t i n gt e c h n o l o g y , e x p e r i m e n t i z e s t h er e s e a r c ho f b o l t - g r o u t i n gt e c h n o l o g y t ot h ed y n a m i c p r e s s u r e dm i n e r o a d w a y l o c a l eo b s e r v a t i o ns h o w st h a td i s t r i b u t i o nr a n g eo fp i l o ts u p p o r t i n gp r e s s u r ei s s o m e5 8m e t e r sa n dt h ew i d t ho ff i s ep r o t e c t i n gp i l l a ri sa b o u t6 0m e t e r s a f t e rw o r k i n g i ns t r i k e l o n g w a l lf a c eo fp r o d u c t i o np a n e li sf i n i s h e d , e x c a v a t i n gr i s ep i l l a r i ta l s o s h o w st h a td e f o r m a t i o no f d y n a m i cp r e s s u r e d s e a m - r o a di sn o t a b l e ，m a x i m u m c o n v e r g e n c eo f t w ow a l l si s7 7 7m i l l i m e t e ra n dm a x i m u r nd e f o r m a t i o no f f l o o rh e a v ei s 3 1 8m i l l i m e t e r m a x i m u m v e l o c i t yo f m a dc o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o n i s5 7m i l l i m e t e ra d a y a n dm a x i m u m d e f o r m a t i o nv e l o c i t yo f f l o o rh e a v ei s2 6m i l l i m e t e rad a y c o m b i n e d s u p p o r t i n gf o r mo fh i g hs t r e n g t hc o l o p h o n yr o l la n ds o l i d i t yb o l t - c a b l e a n c h o rb e i n gq u a l i f i e dw i t hl o z e n g em e n t a lm e s ha n d w - s h a p o d m e n t a ls 伍p i tr e s t r i c t c o a ld e f o r m a t i o na n d d e s t r o y i nr e i n f o r c ea r e aa n d l e n g t h e n e db o l t i n g f o rr e i n f o r c e m e n t h a sc h a r a c t e r sa sl o w c o s t i n ga n dh i g hc o n s t r u c t i o nv e l o c i t y a p p l y i n gc o m b i n e d - b e a m t h e o r ya n de n g i n e e r i n ga n a l o g ym e t h o d ，o p t i m i z e sb o l ts u p p o r t i n gp a r a m e t e r si ns e a m - i l l 东北大学硕士学位论文摘要 r o a d o b s e r v a t i o nr e s u l t a p p r o v e s t h a td e f o r m a t i o no fr o a d s u r r o u n d i n g r o c ki s c o n t r o l l e de f f e c t i v e l ya n dm o f a b s e i s s l a y e ri sc o n t r o l l e dw i t l lt h ea l l o w a n c er a n g e s o i t g u a r a n t e e t h a t p r o d u c e i ns a f ea n di n g e a r a p p l y i n gr o a d s e c o n d d i m ec o u p l i n g s u p p o r t i n gt h e o r y , r e s e a r c h e sk e yp a r ta n di t sd e f o r m a t i o nc h a r a c t e ro f r o a ds u p p o r t i n g a n df m d i n go u to p t i m i z e ds u p p o r t i n gt i m e t h ep a r tw h e r e a p p e a r sh i g hs t r a i nm i n ti s k e yp a r to f s e c o n d t i m ec o m b i n e ds u p p o r t i n g g r o u t i n g b o l tc e m e n t sc r a c k e dr o a ds u r r o u n d i n gr o c k si n t oai n t e g e ra n d i m p r o v e s i t s s t r e n g t ha n ds t i f f a a e s sa n dr e i n f o r c e ss u r r o u n d i n gr o c k s ，a n di tm a k e st h ep a s s i v e s u p p o r t i n g i n t o p o s i t i v e o n ea n d i n c r e a s i n gs u p p o r t i n g e f f e c t r o a dd e f o r m a t i o n d e c r e a s e dg r e a t l ya n dr o a ds t a b i l i t yi se n h a n c e di nr e i n f o r c e dp a r tb yg r o u t i n gb o l t g r o u t i n gb o l ts u p p o r t i n gi sa p p l i c a b l ef o rs u p p o r t i n go fd y n a m i cs e a m - r o a d ，c r a c k e d s u r r o u n d i n g r o c kr o a da n di n - s o f t - r o c kr o a d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s u g g e s t sb o l t - g r o u t i n gc o m b i n e ds u p p o r t i sa p o s i t i v e s u p p o r t i n gp a t t e r n , h a sb e t t e r e f f e c tt h a n b o l t i n go n l y , c o n t r o l ss u r r o u n d i n gr o c k d e f o r m a t i o ne f f e c t i v e l ya n db e t t e r st h es t r e 韶s t a t eo f s u r r o u n d i n gr o c k e s p e c i a l l yi n h i g hg r o u n ds t r e s sr o a d w a yo rs o f tr o c kr o a d w a y , t h er o a d w a yd o e s n tm a i n t a i nt h e l o n g - t e r ms t a b i l i t yw i t ls i n g l es u p p o r t u s i n gb o l t - g r o u t i n gc o m b i n e ds u p p o r ti sm o r e i d e a ls u p p o r tm o d e i td i m i n i s h e s r e p l a c e m e n t o f t w or i b sa n df l o o ra n dr o o f o f r o a d w a y a n db e t t e r st h es t r e s ss t a t eo f s u r r o u n d i n gr o c k ，r e l i v e st h es t r e s sc o n c e n t r a t ed e g r e eo f s u r r o u n d i n g r o c ka n dr a i s e sr e m a r k a b l yt h e s t a b i l i t yo f r o a d w a y k e y w o r d sp i l o ts u p p o r t i n g p r e s s u r ed y n a m i cp r e s s u r e ds e a m - r o a d o p t i m i z a t i o no f b o l ts u p p o r t i n gp a r a m e t e r s o p t i m u n as u p p o r t i n g t i m e g r o u t i n gb o l t b o l t - g r o u t i n gc o m b i n e ds u p p o r t i n gs t a b i l i t yo f r o a d i v - 声明 本人声鳃所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取褥的磷 究成果除加以标注和致谢的地方矫，不包含其他人已经发袭或撰写过的研 究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。岛我同工作的 同志对本研究所做的任何黍献均以在论文中作了明确地说瞪并表示谢意。 本人签名：槲 日期：呜夕，2 。 东北欠学硕士学位论文第一章概述 第一耄概述 1 1 课题的提出 避年来，涟着矿势爱产缝发震，嚣袋深淡不酝壤麓。据统诗，我嚣立薨深发 在5 0 年代平均不到2 0 0 m ，1 9 8 0 年平均深度为2 8 8 m ，而1 9 9 5 年平均深度为4 2 8 m ， 8 0 9 5 冬懿平鹭年驿滚为9 , 3 9 m 。穗赘开采深凌鹣擞大，在燕斑龙终震下，熊遣 瑟者避天较瓣捷悫，蔼较蠢巷遂最突爨鹣褥嶷憝大嶷澎、大遮舔、建支护。弱麓； 我国煤炭行业每年巷道嬲进鬣为6 0 0 0 k m ，软澍祷邀约有6 0 0 k m ，其中大约有六分 之的憋道滞要返修，邀就绘采矿工稳界提出了个新的课题深部软岩耱道 交护麓瑟。该麓题赣终卷深罄潆麦舞袋，是曼餐煤炭系统孛急待髂决茨重篓谈爨。 娥褥艨矿是六意攥魄努蜀戆主产矿磐，矿磐改扩建岳，每产爨达3 0 0 多万缱。 并翻饿予矿躐东j 部，畿1 3 。0 k m ，宽4 ，3 5 k m ，矿井霹采储量3 1 8 7 0 万缱。势瓣内 含煤遗矮凳下二迭统出嚣缀及上矗炭绕太驻嚣，共禽煤1 7 2 0 瑟，碍采煤层5 层， 包括山磷缀的矿、s 8 媒艨，太原群静1 7 8 、l 旷、2 l o 煤层，总厚度约1 0 m 主要搿袋 煤层为出嚣缀的7 、8 燃艨，其中7 ”煤膳厚度2 6 m 6 4 2 m ，平均4 2 6 m ；8 8 煤层 簿凌0 。2 0 - - 5 6 9 m ，一簸2 - - - 4 m ，莰在矿磬象冀嚣帮碍采。爨豢髅受泰冀8 4 1 2 4 ，稀嚣1 5 4 2 0 。矿并舞强方式淹立势多霖平分匿式上下国器采，势为三个 水平，第一水平标高为。4 0 0 m ，二水平标高为6 5 0 m ，最终水平标简8 5 0 m 。 姚桥煤矿现主采的7 8 煤层采用放顶煤采煤法次采全厚，工 乍蕊运输平巷宽 度4 4 m ，惑嶷2 7 m ，鏊竣8 m 媒柱，麓鼹镶麓索支护。簸莲嚣爨垒产王箨嚣滚嫠 巷遥镶籍支炉戆实舔效暴蓉，巷遵交影量大，壤叛缝护，蒋裂燕互终嚣壤头，璞 底扳移近麓越过1 0 0 0 m m 。蒋就是上、下出畿形破坏严重，支护十分困难。姚耩 * 6 5 0 瘩平，下由采区戆壤澡达翳7 0 0 m ，嚣魏蘩舄缝癍力较大。妻、下出一般粼楚 煤层精邀，围岩较软弱。阐采工作面摊采至 亭浓线位置时，如暴停采线至上、下 山距蕊较避，超前支承臌力豹动压侔鼷，会逡成上、下由较大嶷形。上、下出簧 激务予熬个采送，鬏务冬熊一黢秀5 t 0 霉，袋务箨黢长，要裁复经受魂莲露愆， 所以炎形欷豢量大，熏辫荔破坏。工律西鼷横鞠上、下出巷道簸严重变弼破环， 给生产带来极大不便。因此，解决姚桥煤矿煤朦赫j 踅的合理支护朔围岩控制问题， 其有鬟骤的溅实意义和理论意义。 东北大学硕士学位论文 第一章概述 1 2 国内外研究现状 一、国外研究现状 早期的压力理论认为作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量，日，但是 随着开采深度的增加，人们发现该理论并不符合实际。于是，塌落拱理论应运而 生，其代表有太沙基( t e r z a g h i ，k ) 和普氏( n p o t o r k o h o b ，m m ) ，塌落拱理论的 最大贡献是提出了巷道围岩具有自承能力。 二十世纪五十年代以来，人们开始用弹塑性力学来解决巷道支护问题。 二十世纪六十年代以来，奥地利工程师l 。v r a b c e w i c z 在总结前人经验的基础 上，提出了一种新的隧道设计施工方法，被称为新奥地利隧道施工方法( n e w a u s t r i a nt u n n e l i n gm e t h o d ) ，简称新奥法( n a t m ) ，目前新奥法已被普遍接受和 应用。 1 9 7 8 年，米勒教授又较全面地论述了这种方法的基本指导思想和主要原则， 并将其概括为2 2 条。1 9 8 0 年，奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为： “在岩体或土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空简状支承环结构为 目的设计施工方法”。新奥法的核心是利用围岩的自承作用来支撑隧道，促使围岩 本身变为支护结构的重要组成部分，使围岩与构筑的支护结构共同形成为坚固的 支承环。目前国外的地下工程实践基本上是基于新奥法理论进行施工。 二十世纪七十年代，萨拉蒙( m d s a l a m o n ) 等人又提出了能量支护理论，该 理论认为：支护结构与围岩相互作用、共同变形，在变形过程中，围岩释放一部 分能量，支护结构吸收一部分能量，但总的能量没有变化，因此，主张利用支护 结构的特点，使支架自动调整围岩释放的能量和支护体吸收的能量，使支护结构 具有自动释放多余能量的功能。 目前，数值计算方法日臻成熟，如有限单元法、边界元法、离散元法等，以 此为理论基础的计算软件大量涌出，如a d i n a 、a n s y s 、s a p 、f l a c 等程序都 为广大用户所熟知，这些软件与一些支护理论相结合，在地下工程支护中得到了 广泛应用。 二、国内研究现状 我国软岩巷道支护系统研究工作始于二十世纪五十年代，当时辽宁沈北矿区 开发，在前屯矿建设中出现井口报废，以致停工数年。此后，蒲河矿、大桥矿、 东北大学硕士学位论文 第一章概述 京西木城涧矿也出现重大技术事故。为此，原煤炭部集中了一些科研究院所、高 校和设计院的技术力量，在前屯矿二、三井进行了多种巷道支护形式的试验和测 试工作，在巷道断面、支护形式及施工工艺等方面都取得了初步经验。 从二十世纪八十年代以来，与软岩工程相关的全国性学术会议召开了二十余 次，地下工程软岩支护理论研究进入了一个新阶段，目前我国软岩巷道支护领域 主要有以下几种代表性的理论： ( 1 ) 轴变论和开挖系统控制论 于学馥教授等( 1 9 8 1 ) 提出了“轴交论”理论。该理论认为：巷道塌落可以 自行稳定，可以用弹塑性理论进行分析，围岩破坏是由于应力超过岩体强度极限 引起的，塌落是改变巷道轴比，导致应力重新分布，应力重新分布的特点是高应 力下降，低应力上升，并向无拉力和均匀分布发展，直到稳定而停止。应力均匀 分布的轴比是巷道最稳定的轴比，其形状为椭圆形。 近年来于学馥教授等运用系统论、热力学等理论提出开挖系统控制理论，开 挖扰动了岩体的平衡，这个不平衡系统具有自组织功能。 ( 2 ) 联合支护技术 联合支护技术是在新奥法的基础上发展起来的，其中以冯豫、陆家梁、郑雨 天、朱效嘉等为代表。其观点可以概括为：对于巷道支护，一味强调支护刚度是 不行的，要先柔后刚。先让后抗，柔让适度，联合支护。由此发展起来的支护形 式有锚喷网技术、锚喷网架技术、锚带喷架等联合支护技术。 ( 3 ) 锚喷一弧板支护理论 锚喷一弧板支护理论是对联合支护理论的发展。该理论的提出者是东北大学 郑雨天教授、同济大学孙均教授和淮南工学院朱效嘉教授。该理论的要点是：对 软岩总是强调放压是不行的，放压到一定程度。要坚决顶住，即强化联合支护先 柔后刚理论中的刚性支护强度( 钢筋混凝土弧板) ，坚决限制和顶住围岩向中空的 位移。 ( 4 ) 松动圈理论 松动圈理论是由董方庭教授提出的，其主要内容：凡是裸体稳定巷道，其围 岩松动圈都接近于零，此时巷道围岩的弹塑性变形虽然存在，但并不需要支护。 巷道松动圈越大，收敛变形越大，支护困难就越大。因此，支护的目的在于防止 围岩松动圈发展过程中的有害变形。 事实上，从巷道支护与围岩相互作用的变形力学机制分析，地下工程的破坏 许多是由于支护体与围岩在强度、刚度和结构上存在不耦合造成的。因此，应对 东北太警磺士学位论文第一章概述 症下药，聚取适当的支护转化技术，使复合型转化为单一型，复杂赣道支护应分 为两次，次支护为柔性筒支护，二次支护为必键部位的点支护。 j 兜乡 ，许多新戆软岩工鞭支护方式也不龋溺蜣，魏：链桎三绞舌l | 三纯支护技术、 柔整链豢支护菝寒、嚣g 黍鬟捺巷l 技拳、潜力藏豢技术等。 1 3 课题主要研究内容与研究方法 基予上述分耨，撮据姚轿矿的现状晕珏生产蘩墩，提出如下主婺研究内容： 1 支承压力势毒麓簿； 2 ，动压巷道变形规律； 3 煤层巷道护巷煤柱合理性研究： 4 煤层巷道锚杆支护参数优化分析； 5 煤层巷道二次耦合支护杌理研究； 6 劲丞潆屡巷遂注浆镶 荦支护关键技术赣究。 所采用的研究方法主要怒：现场观测、工穰实验和理论分拼。 本课题研究的最终目的怒控制动压巷道的稳定性。受动压作用的猿道主要是： 回采工作面的上、下顺槽；采用上山巷道。支承压力分布规律、动压巷道变 形规律秘护巷煤桂合理性等三矮研究，是为动鹾蘩遵稳定性控制挺供镶据。煤层 巷遂锚稃支护参数优证、二次勰台支护瓿理和淀浆镳抒支护关键鼓零研究，露是 动压巷道稳定性控制的具体技术内容。 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布与动压巷道变形观测 第二章支承压力分布与动压巷道变形观测 2 1支承压力分布与动压巷道变形观测方法 动压巷道的稳定性，主要取决于三个方面：地压大小；巷道围岩强度； 支护强度和方式。采场超前支承压力分布规律观测，是留设上山保护煤柱和进 行顺槽超前支护的主要依据。动压巷道收敛变形观测，可掌握巷道变形规律，评 价巷道稳定性，是加强动压巷道支护的基础资料。 井下动压巷道观测是分别在工作面下顺槽和采区上山等巷道中进行的，主要 有两项观测内容：巷道断面收敛变形观测；超前支承压力观测。 一、回采工作面前方超前支承压力观测 超前支承压力观测是为了确定超前支承压力的范围、压力大小和峰值点位置， 为确定上山保护煤柱尺寸和超前支护范围提供依据。观测点布置在工作面原定停 采线两侧，共布置了三个测点，如图2 1 所示。压力观测使用油压枕，在上帮煤层 中使用煤电钻打中4 2 ，长4 m 的水平钻孔，在孔底安设钻孔应力计，以钻孔应力计 ( 液压型) 作为传感器，使用电脑检测仪检测超前支承压力的大小。观测周期与 巷道断面收敛观测周期相同，历时2 个月，获原始观测数据共5 0 多个。 二、下顺槽断面收敛变形观测 在工作面下顺槽，以原定停采线为基准，向里侧1 0 0 m ，向外侧3 0 m 起各布置 组4 个巷道收敛观测断面，各断面间距2 0 m ，如图2 1 所示，在观测断面处固定 测点，分别观测巷道的帮一帮、顶一底、腰一底的收敛变形。观测周期为：当采 面至测点距离大于6 0 m 时，每2 天观测1 次、小于6 0 m 时每天观测1 次，历时5 个月，获原始观测数据约1 7 0 0 个。 三、集中轨道下山轨道断面收敛变形观测 在集中轨道上山先后布置观测断面1 2 个，各观测断面位置如图2 1 所示，集 中轨道上山巷道断面收敛变形观测方法与下顺槽断面收敛变形观测方法相同，历 时近5 个月，获原始观测数据2 0 0 0 多个。 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布与动压巷道变形观测 u叠c。鼍。嘭旮。lf矗。苫pu日暑。2暑暑。j01n景3苦iodla工j0皂墨磬10鲁d量。舌s|q骞ih 匝萼f惦啊格嚣亏叫帮1f#廿瓣怒颦野一卜随世h 一n 圃 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布皇塑壁查垄奎型墨型 2 2 动压巷道变形观测成果 一、地质条件与开采方法 工作面开采深度2 9 5 3 6 5 m ，开采煤层平均厚4 9 2 m ，平均倾角8 s 9 ，工作面 倾斜长1 3 5 m ，走向长6 4 5 m ，工作面内煤层顶底板岩层与岩性如表2 1 。该面采 用厚煤层一次采全高，走向长壁后退式全部垮落采煤法。 二、下顺槽巷道断面收敛变形观测 下顺槽8 个观测断面的收敛变形观测，时间最短的有1 个月，最长的有4 个 月，根据观测资料，分别绘出了工作面下顺槽断面1 - 8 收敛交形值观测曲线( 图 2 2 图2 9 ) 。各观测断面巷道变形的最大值和变形速度最大值见表2 2 。各观测 断面至采面不同距离时的收敛变形速度见表2 3 。 根据下顺槽8 个观测断面的变形观测成果，得出如下结论： 两帮收敛：最大收敛变形量为7 7 7 m m 。平均为3 0 8 m m 。最大收敛速度为 5 7 m m d ，各断面两帮最大收敛速度的平均值为2 4 m m d 底鼓变形：最大底鼓变形量为2 1 4 r a m ，平均为1 1 7 m m 。最大底鼓速度为 2 3 5 m m d ，各断面底鼓最大速度的平均值为1 2 m m d 。 顶板下沉：最大下沉量为2 2 0 m m ，平均为1 0 8 m m ，最大下沉速度为 6 5 5 m m d ，各断面顶板最大下沉速度的平均值为1 6 m m d 。 根据下顺槽断面收敛变表速度曲线图综合分析i - 4 观测断面的收敛变形速 度曲线，可以看出：当变形速度达到i o m m d 收敛速度急增，并与变形速度小于 1 0 m m d 之前的变形趋势完全不同，这充分说明，此时巷遒已受到回采面超前支 承压力的影响，以1 0 m m d 变形速度为判据，根据l _ 4 断面的收敛变形速度曲线， 得出超前支承压力的作用范围分别为5 9 m ，6 4 m ，5 2 m 与5 4 m ，平均为5 7 m 。 表2 1 顶底板岩层与岩性 t a b l e 2 1s t r a t u m 蜘d l i t h o l o g i c a lc h a r a c t e r so f r o o f a n d f ! o o r 顶底板名称岩石名称厚度( m )抗压强度( m p a )岩性特征 老顶页岩7 1 81 2 6坚韧褐色 直接顶泥岩1 4 1 53 0 8质硬褐灰色 煤层煤24 9 2煤 直接顶中粗砂岩o 37 8泥质砂岩遇水膨胀 老底泥岩1 0 0 8 1 8 0灰白色 垒苎叁兰堡主兰竺垒查 墨三主墨墨墨垄坌查量塑堡查垫奎兰塾型 表2 2 下顺槽巷道变形特征值表 测点测线天数( d )最大位移( n u n ) 最大变形速度 f m m d ) 帮一帮 2 92 9 1 2 5 l顶一底2 9 3 0 24 2 腰一底 2 68 2 7 帮一帮 3 57 7 7 1 4 5 2顶底 3 53 3 01 4 腰一底 2 91 3 3 1 0 5 帮一帮 3 3 6 21 0 3顶一底 3 92 6 0 7 6 腰底 3 99 0 l o 5 帮一帮 3 91 9 2 4 2 4顶底3 81 1 51 1 5 腰底 3 88 1 5 帮一帮 1 1 42 9 7 5 7 5顶一底5 0 1 1 32 l 腰一底 5 01 1 92 3 5 帮一帮 1 1 43 2 8 1 6 6顶底2 8 7 47 腰一底 6 41 1 38 帮一帮 1 1 42 4 7 1 4 7 顶一底 7 81 6 91 5 腰底 7 81 0 51 4 帮一帮 1 1 52 6 81 l 8顶底7 44 2 02 9 腰底 7 42 1 41 4 表2 3 各观测断面距采面不同距离时的收敛变形速度表( 单位：m d ) t a b l e 2 3c o n v m g e n c ed e f o r m a t i o nv e l o c i t yt a b l ew h e n e v e r y o b s e r v a t i o ns e c t i o nh a sd i f f i c u l t d i s l a n c ew i t hw o r k i n g f a c e ( u n i t ：m m _ ，d ) 至采 l234平均值 面距 离f m ) 帮帮 顶0 茜腰底 帮帮顶底腰底帮帮顶- 底腰底帮帮顶底腰- 底帮帮项底腰- 底 1 02 54 24 2 2 01 53 ll l o1 3 72 i8 73 l2 l 3 0l l1 873 61 21 0 51 404 71 235 01 43 4 01 41 475 8l l51 4o1 11 132 21 23 5 09l l71 81 0o9l s1 0n721 2l l4 5 6 048o1 21 4i46l53268l 7 046i83l26 01 040 650 5 8 086l633l754i552 9 01 34289826 512 754 1 0 0l l258l o1 0 i66 l 48 56 8 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布与动压巷道变形观测 4 0 0 3 0 0 蚤2 0 0 制 1 0 0 0 02 04 0 6 08 01 0 01 2 01 4 01 6 0 距离( m ) 图2 2下顺槽断面1 收敛变形值观测曲线图 f i g 2 2c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o t t o mr o a ds e c t i o n1 o5 0 1 0 0 1 5 02 0 0 距离( m ) 图2 3 t j i l i 槽断面纠女敛变形值观测曲线图 f i g 2 3c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o t t o mr o a ds e c t i o n2 3 0 0 童2 0 0 蚤 制1 0 0 0 05 01 0 01 5 02 0 0 距离( 1 1 1 ) 图24 下顺漕断面3 收敛变形值观测曲线图 f i g 2 4c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o t t o mr o a ds e c t i o n3 咖 蚴 o 一目一婪制 2 0 0 1 6 0 童1 2 0 蓑8 0 4 0 0 o 5 0 0 0 1 5 0 2 0 0 距离( m ) 图2 5 下顺擅断面4 收敛变形值观测曲线囤 f i g 2 t 5c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o l l o m r o a ds e c t j o n4 量 。 婆 制 3 0 0 2 0 0 1 0 0 o o 1 0 0 2 0 0 3 0 0 距离( m ) 图2 6 下顺槽断面5 收敛变形值观测曲线图 f i g 2 6 c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o l t o mr o a ds e c t i o n5 4 0 0 r 3 0 0 出2 0 0 制 1 0 0 0 o 1 0 0 2 0 0 3 0 0 距离( m ) 图2 7 下顺槽断面6 收敛变形值观测曲线图 2 7 c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o l l o mr o a ds e c t i o n 6 1 0 基 一 三 一 ll of 东北大学硕士学住论文第二章支承压力分布与动压巷道变形观测 2 5 0 2 0 0 一 l1 5 0 禽i 0 0 5 0 0 0 1 0 0 距离( m ) 2 0 03 0 0 图2 8 下顺槽断面7 收敛变形值观测曲线图 f i g 2 8c o n v e r g e n c ed e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o t t o mr o a ds e c t i o n7 4 0 0 一 曼3 0 0 路 交2 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 距离如) 图2 9 下顺槽断面8 收敛变形值观测曲线图 f i g 2 9c o n v e r g e n c e d e f o r m a t i o nv a l u eo b s e r v a t i o nc u r v eo f b o t t o mr o a ds e c t i o n8 蒜一 f 一 戡 llr111，r，l，。o，llll 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布与动压巷道变形观测 2 3 超前支承压力分布观测成果 由于回采工作面的开采，使采空区内的垂向地应力降低，从而在回采工作面 的四周煤柱上形成支承压力。在回采工作面推进前方煤层上分布的称之为超前支 承压力，在其它三侧煤柱上分布的称之为固定支承压力。 超前支承压力观测共布置了3 个观测站孔，从1 0 月6 日开始观测，至1 1 月 2 1 日结束，3 个观测点中2 号测点观测效果最好，其它两个因传感器质量问题， 效果不好。 图2 1 0 为实测超前支承压力分布曲线，从该图可以得出明确结论：超前支承 压力的分布范围为6 3 m 。 甩离( m ) 图2 1 0 超前支承压力观测曲线图 f i g 2 1 0 o b s e r v a t i o nc u r v eo f p i l o t s u p p o r t p m s s u r e 超前支承压力对于工作面上、下顺槽的稳定性有着重要影响，超前支承压力 的分布范围是留设上山保护煤柱的主要依据。 超前支承压力的分布规律，一般如图2 1 i 所示，沿工作面推进方向由前向后 可划分为四个区：原岩应力区；应力升高区( 即超前支承压力分布区) ： 应力降低区：应力稳定区。 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布与动压巷造变影观测 图2 。1 1回采工作面走向剖面应力分布 f i g 2 11 s t r e s sd i s t r i b u t i o no ns t r i k es e c t i o no f c o a lf a c e 超前支承压力分布参数主要有两个：超前支承压力的分布范围l ；应力 增高系数k 。影响支承压力分布参数的因素主要有与开采深度有关的原岩应力、 采空区的形状和尺寸、采场上覆岩层的结构和力学性质，煤层的强度与厚度等。 根据观测成果，超前支承压力的分布范围l ，= 6 3 m 。 该观测工作面的下顺槽埋深为3 6 5 m ，所以原岩应力c r 0 为 盯o = r h = 2 2 x 3 6 5 = 8 0 3 ( t m 2 ) z7 9 ( m p a ) 超前支承压力观测获得的是支承压力的相对增量( 不是支承压力的绝对值) ， 如图2 1 】所示，实测获得：盯= 3 3 0 8 = 2 5 ( m p a ) ，所以超前支承压力峰值为： 盯，= 盯o + a c t = 7 9 + 2 5 = 1 0 4 ( m p a ) k = 盯。r ，= 口，a o = 1 0 4 1 7 9 1 3 2 即超前支承压力峰值为1 0 4 m p a ，应力增高系数k 为1 3 2 。 2 4 集中轨道上山巷道断面收敛观测成果 集中轨道上山先后共设断面1 2 个，通过观测得出如下成果图：图2 1 2 图2 2 3 断面1 - 1 2 收敛变形值观测曲线图。各断面收敛变形特征值如表2 4 。 东北大学硕士学位论文第二章支承压力分布与动压巷追变形观测 袭2 4 集中轨道上山巷道断面收敛变形特征值表 最大变形速度 测点测线天数( d ) 最大位移( r a m ) f r o m d ) 帮一帮 4 57 24 l顶一底4 32 4 34 6 腰一底 4 44 04 帮一帮 8 03 67 2 顶一底 5 l4 62 5 腰一底 5 l2 32 帮一帮 8 04 36 5 3顶一底8 09 89 5 腰一底 8 09 68 帮一帮 5 11 32 4 顶一底 2 l6 79 5 腰一底 2 l5 06 5 帮一帮 6 63 74 5顶一底6 64 55 腰一底 6 64 03 帮一帮 1 1 21 0 58 6顶一底6 84 6 61 3 腰底 6 83 1 81 3 帮一帮 6 47 76 7顶底5 22 1 01 5 腰一底 6 41 9 31 l 帮一帮 1 1 55 06 5 8顶一底8 43 8 21 8 腰一底 8 41 5 09 帮一帮 8 083 9 项一底 8 01 28 腰一底 8 023 帮一帮 8 02 97 5 1 0 项一底 8 07 21 0 5 腰一底 8 01 0 79 帮一帮 7 7 5 24 3 5 1 l顶底7 75 24 3 5 腰一底 7 71 2 22 4 帮一帮 9 32 0 71 4 1 2 顶一底 7 2 2 4 23 0 腰一底 7 22 0 52 6 - 1 4 东北大学硕士学位论文g _ - 章支承压力分布与动压巷道变形观测 由图2 1 2 图2 2 3 和表2 4 可知，在工作面回采过程中，1 0 号观测断面以上 测点都产生了较大变形，而1 0 号观测断面下部的9 号观测断面变形量很小，由 此可得出结论：工作面回采时，对轨道上山的作用范围为由工作面