回采巷道矿压理论

2020/6/7，1，1，采矿巷道矿脉理论，采矿工作面周围巷道为采矿工作面通风、行人、运输咽喉，受采矿工作带来的霸岩运动和支撑压力作用，其维持状况直接影响矿山的正常生产和经济效益。 根据矿山压力分布及其表达规律，选择采矿工作面周围巷道的合理位置，尽可能减轻采矿影响，改善巷道维护状况。 (1)选择巷道掘进的合理位置和时间；(2)准确预测巷道围岩变形量，确定初始工作断面；(3)正确进行支护设计。 包括支护类型和支护方式的选择、新型支护的设计、支护密度的计算。 2020/6/7，2，采矿巷道矿压理论，2020/6/7，3，采矿巷道矿压理论，8.1.2煤体处于弹性状态时巷道开挖位置和时间，(1)煤体边缘处于弹性状态时沿空地方案，图8.1煤体边缘处于弹性变形状态时巷道围岩情况，基本屋顶为煤基本屋顶旋转下沉引起的屋顶下沉量小的煤体边缘处于弹性变形状态，煤体变形引起的巷道顶下沉量小，两组压力小的支撑压力峰值处于煤体边缘，巷道底鼓起量小。 因此，在没有内部应力的场所沿空留巷维护一般很容易，特别是有相应的支撑手段时，必须积极沿空留巷采用。 2020/6/7，4，4，采用巷道矿压理论，(2)掘进巷道的位置和时间，在煤体边缘发生弹性变形的状态下，工作面两侧煤体的支承压力分布如图8.2所示，上层工作面后方的支承压力峰值在煤体边缘，下层工作面前方的支承压力峰值还在煤体边缘、图8.2煤体边缘处于弹性变形状态的条件下侧方煤体上支承压力分布i-上段作业面后方侧煤体上支承压力分布ii-下段作业推进时重叠支承压力分布(峰位于煤体边缘)。 iii-下区工作面推进时重叠支撑压力分布(峰值进入体内煤部)，煤体边缘弹性变形的状态下，有空送巷(位置1 )、沿小煤柱的送巷(位置2 )和大煤柱送巷(位置3 )三种可能性。 2020/6/7，5，5，采用巷道矿压理论，基本上接触混凝土后沿空运巷道走是合理的。 由于煤体边缘处于弹性变形状态，因输送巷道引起的围岩变形很小。 受本工作面采矿影响，煤体边缘叠加支撑压力进入塑性破坏状态时，巷道周围岩石变形量急剧增加。 但是，支承压力的峰值需要向煤体内部转移，位置2的巷道处于支承压力的峰值区域内，必然受到重叠压力的峰值的影响，巷道围岩也进入塑性破坏状态(巷道的两个煤体单向受力的状态)，由于小煤柱可能失去稳定性，因此巷道2的围岩变形巷道位置3在原始应力区，只受先行支撑压力的作用，巷道周围岩石的变形量最小。 但煤柱损失大，对下部煤层开采产生不利影响，尤其是深部开采和开采具有冲击性倾向的煤层更为不利。 2020/6/7，6，采用巷道矿压理论，(a )基本顶点接触混凝土前进巷道，(b )基本顶点接触混凝土后进巷道的图8.3巷道时间对巷道顶棚下沉的影响，沿空运巷道基本顶点接触混凝土基本顶岩梁接触煤矸石后开挖巷道，不受顶板显着运动的影响(图8.3(b ) )。 2020/6/7，7，7，采矿巷道矿压理论，8.1.3煤体边缘进入塑性状态时巷道的开挖位置和时间，图(c )表示煤体边缘进入塑性破坏状态，支撑压力峰值进入煤体内部，基本顶岩梁从煤体内部裂开，使巷道顶板下沉，底板膨胀沿空留巷采空区顶板活动稳定后，长期位于采空区边缘应力下降区，若巷道支护类型及支护方式合适，可达到改善巷道维护状况的目的。2020年6月7日， 8、采用巷道矿压理论，沿空留巷道优势：比巷道少挖一条巷道，可大幅降低巷道掘进率，减少掘进工程量和掘进费用避免沿空掘进巷道掘进延误的缺点，提高采矿作业时间、 保证空间内各区间顺序连续开采，有利于矿山集中生产，改善矿山开采交接关系避免地质变化引起的停采，有利于提高工作单产。 在合理的支护技术水平和地质条件下，应沿空留巷推进，但应根据围岩性质、煤层厚度、倾角等条件，选择合理的巷道支护类型和参数，共同支护巷道，适当扩大开挖截面，在巷道中留下一定的预收缩量。 同时，沿空留巷尽快多路复用，改善维护状况，提高技术经济效益。 2020/6/7，9，9，采用巷道矿压理论，巷道位置和时间不同时矿压出现护巷效应，内应力场稳定后，在内野输送巷道时，巷道周围岩石在应力再分布过程中明显变形，但随着挖掘时间的增长，矿压在负指数定律下衰减，一般为10 图8.5次风平巷在内应力场输送巷道围岩变形，图8.61100区平巷受回采影响围岩变形，2020/6/7，10，回采巷道矿压理论，图8.7次安五阳矿输送巷道若干位置，例2 :澳安矿局五阳煤矿保护巷道实践分析结果显示，上述煤层巷道位置该矿通过采矿工作面动态矿脉观测明确了采矿工作面基本顶边倾向的运动特征，其运动稳定后的情况如图8.7所示。 其中，大致顶部第一岩梁厚度为4m，断裂步长为10m，断裂线距煤壁的距离(内应力场范围)为4.5m，直接顶部厚度为5m，高度为2m。 该矿曾采用不同尺寸的煤柱保护巷，如图8.7中的位置1、2、3所示，煤柱尺寸分别为10m、15m、8m，这三个位置的巷道位于外应力场的峰值附近，维护困难，使用中通常需要12次改建，最后为2m小也就是说，在内应力场的位置4输送通道的效果很好。 2020/6/7，11，采矿巷道矿压理论，8.1.4厚煤层中，下层巷道钻井位置和时间，(1)巷道位置和时间，上层稳定附近输送到煤柱无影响的采区下，巷道处于静压状态，仅受本层工作面采矿时先行压力的作用。 围岩在中等稳定以上，其维持情况一般较好。 峰峰、平顶山等矿区实践表明，该巷道掘进过程中围岩变形一般为60mm左右。 2020/6/7，12，图8.9厚煤层中下层输送方式a上层稳定附近没有煤柱影响的采空区下层输送方式b上层侧开采的煤体边缘附近输送巷道c上层两侧开采的煤柱边缘附近输送巷道d本层煤体边缘输送巷道，2020/6/7，13， 采矿巷道矿脉理论，图8.10厚煤层中下层巷道围岩变形1位于上层稳定开采区下方的2上层侧位于开采煤柱边缘下方，如图8.10所示，受采石影响期间围岩变形速度一般为0.8mm/d1.0mm/d，受采石影响围岩变形量为巷道服务期间整体变化量一般为200mm400mm，单位修理费为40元/(ma)60元/(ma )。 2020/6/7，14，采矿巷道矿脉理论，上层采煤柱边缘附近输送巷道，上层工作面基本顶层运动结束后，上层煤体边缘至基本顶层接地点之间的下层煤体受到崩塌碎石的重量作用，顶板活动的动力作用消失，垂直方向和水平方向送巷后一直处于卸压状态，变形量小。 2020/6/7，15，采矿巷道矿压理论，上层两侧采煤柱边缘附近送进巷道，上层两侧采煤柱(宽度不大)必然受到较大支撑压力作用，受下层采矿影响，煤柱支撑压力上升。由于煤柱上强支承压力的影响，沿煤柱边缘下挖的基层巷道周围煤体稳定性极差，不仅有很大的压力，侧压也很大，底胀也很严重。 2020/6/7，16，采矿巷道矿脉理论，图8.12阳泉丈八煤中层巷道围岩变形1-上层煤柱宽度B=20m； 2B=35m实线顶板相对接近的虚线两组相对接近，这类巷道在受本工作面采石影响前，周围岩石变形速度高达34mm/d，受采石影响后增加到1020mm/d。 受工作面采石影响的围岩变形量高达300400mm，服务期间围岩变形量始终超过1000mm，修理费达到200元/ma以上，比附近无层煤柱影响的中层巷道高23倍。 煤柱宽度达到4050m，煤柱边缘附近的中下层巷道情况也不易明显改善。 厚煤层开采时，留在上层的煤柱不利于下层巷道的维护。 2020/6/7，17，采矿巷道矿压理论，本层(下层)煤体边缘输送巷道，下层煤体边缘受上层工作面和本层相邻工作面采矿影响，煤体边缘处于高放压状态，上霸岩层显着运动后沿空掘巷道应力紊乱小。 峰峰、平顶山、鹤岗等矿区实践表明，沿空掘巷维护比较容易，比沿空掘巷层效应明显。 中下层在内应力场中留小煤柱的效果不如上层留小煤柱。 中下层煤体多次受采石影响，输送巷道后煤体支撑能力减弱，煤体呈塑性流动状态，巷道围岩变形量大，支护难以适应围岩变形，巷道支护常常架设后即损坏。 因此，建议沿空运通道进行。 2020/6/7，18，采矿巷道矿脉理论，8.2巷道围岩变形量，8.2.1巷道围岩变形过程，(1)沿空地围岩变形，可在服务期间将其围岩变形过程分为7个阶段(右图)。 I .煤中巷道掘进后破坏原始应力状态，巷道围岩出现应力集中，围岩塑性破坏发展过程中，巷道周边发生了显着移动。 随着掘进时间的延长，围岩的接近速度逐渐降低。 ii .巷道开挖引起的应力重分布稳定后，煤层一般具有流变性质，巷道围岩保持一定的变形速率。 .通过上区工作面支撑压力，围岩塑性区进一步扩大，围岩变形增加快。 2020/6/7，19，采用巷道矿压理论，.在工作面后方岩梁断裂前弯下沉，岩梁断裂后显着运动过程中，基本顶岩梁运动使巷道顶板快速下沉，导致较大的下沉量。 v .基本顶层接触混凝土后，随着采区砂砾的压实，巷道周围岩石移动速度逐渐稳定。 .采矿引起顶板活动和应力分布稳定后，巷道围岩保持一定的流变速度。 vii .受下部区域工作面采矿影响，支承压力重叠，煤柱塑性区显着增大，引起巷道周围岩石变形。 2020/6/7，20，采用巷道矿压理论，巷道服务期间围岩变形量为：2020/6/7，21，采用巷道矿压理论，(2)沿空运巷道，在基本顶部接触混凝土后，以内应力场输送巷道，巷道采用采区硅石压缩和下部区域工作面采矿其变形量为：2020/6/7，22，采用巷道矿压理论8.2.2巷道围岩变形量，可通过实测确定基本顶岩梁运动特征参数，尤其是端部断裂位置和采空区触土位置，预测留巷主要变形量。图8.14留巷受顶板运动影响的情况，图8.14满足以下关系：2020/6/7、23，采矿巷道矿压理论，压实过程中巷道变形u3为：顶板运动影响的总变形量：2020/6/7、24，采矿巷道矿压理论， 8.2.3影响巷道围岩变形量的因素，(1)地质因素顶板条件的基本顶岩梁运动情况对留巷顶板下沉量影响较大，基本顶岩梁悬垂宽度越小，端部断裂线进入煤体内部的距离越大(内应力场范围越大)，沿空留巷顶板下沉量也越大。 底板条件底板岩性对底膨胀量影响较大，尤其在开采深度较大时，该影响显着。 底板岩性越差，底膨量越大，底膨量占顶板移动量的比例最高可达60%70%。 开采深度开采深度大，支撑压力大，煤体塑性破坏范围广。 巷道顶棚下沉量、底胀量、两组移动量随开采深度的增大而增加。 深开采时巷道压力控制越来越困难就是这个道理。 2020/6/7，25，采矿巷道矿脉理论，(2)采矿要素，巷道开挖位置和时间，巷道开挖位置和时间不同，变形量也不同。 岩梁接触混凝土后，以内应力场输送巷道，不受顶板激烈活动的影响，避免高应力作用是合理的。 支护阻力的大小、支护阻力在一定程度上限制了围岩的变形。 当基本顶部处于规定的变形状态时，支护电阻可以直接使顶部紧贴基本顶部，保持稳定性，减少巷道变形量。 采用强力巷道支护，可使巷道顶板靠近一定效果。 加大支护对煤炭援助的横向功阻，减小煤体塑性破坏区，取得减少顶板与两支护接近的效果。 2020/6/7，26，采用巷道矿脉理论，高，与巷道顶底板两组移动量高，线性关系增加。 巷道宽度、留下巷道的顶板，巷道宽度呈直线延伸。 淮北杨庄矿沿空留巷宽2.9m时，在工作面进行整修，将宽度缩小到2.2m后，有效改善了维护情况。 平顶山、铜川等矿区的实践经验证明，留巷尽量缩小宽度，有助于维护。 巷道高度、顶板移动量与高度呈线性关系增加。 2020/6/7，27，采矿巷道矿脉理论，8.3采矿巷道围岩稳定性分类方法，8.3.1分类依据，(1)影响煤巷道围岩稳定性的因素，煤巷道围岩稳定性受多种因素的影响，不仅取决于地质因素，还取决于生产技术因素。 巷道围岩变形是稳定性的反映，是多种因素综合影响的结果。 影响煤巷围岩稳定性的因素主要有巷道围岩状况、地应力、开采影响等。 巷道围岩的强度、弱围岩容易发生变形和破坏，与此相反，坚硬围岩难以变形和破坏，巷道容易维护。 2020/6/7，28，采矿巷道矿脉理论表明，、图8.15巷道围岩运移率与围岩强度与自重应力之比的关系(巷道两侧为实体煤)，2020/6/7，29，采矿巷道矿脉理论表明，图8.17顶板接近率与围岩强度之关系(巷道侧开采)， 图8.18顶板接近率与围岩强度的关系(巷道两侧为实体煤)，2020/6/7，30，巷道矿压理论，巷道开采时，巷道两侧为实体煤，式中： h-巷道埋藏深度，m。 2020/6/7，31，采用巷道矿压理论，地应力是引起围岩变形和破坏的根本力量。 在生产实践中，巷道开挖投资、巷道参数设计和巷道维护，大大依赖于地应力的大小。 因此，在考虑巷道围岩稳定性时，地应力是不容忽视的因素之一。、图8.19不同围岩顶底板接近率与巷道埋入之间的关系(巷道侧开采)，图8.20不同围岩顶底板接近率与巷道埋入之间的关系(巷道两侧为实体煤)，2020/6/7，32，巷道矿脉理论，岩体