矿山压力与岩层控制7.ppt

《矿山压力与岩层控制7.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿山压力与岩层控制7.ppt（106页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、矿山压力与岩层控制,7 巷道矿压显现规律 7.1 巷道围岩应力及变形规律 7.2 受采动影响巷道矿压显现规律 7.3 巷道围岩控制原理 7.4 本章小结,7.1 巷道围岩应力及变形规律 7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力 （1）原岩体内掘进巷道引起的围岩应力,巷道开掘后原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中。如果围岩应力小于岩体强度，围岩仍处于弹性状态，围岩应力可用弹性力学方法按平面应变问题计算。双向等压原岩应力场内圆形巷道围岩应力分布如图7-1所示。,图7-1 圆形巷道围岩弹性变形应力分布,如果围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展到一定范围，出现塑性变形

2、区，为弹塑性介质，巷道围岩应力分布如图7-2所示。,在塑性区内圈（A）围岩强度明显削弱，低于原始应力H，围岩发生破裂和位移称为破裂区，也叫卸载和应力降低区。 塑性区外圈（B）的应力高于原始应力，它与弹性区内应力增高部分均为承载区，也称应力增高区。 再向围岩深部即为处于稳定状态的原始应力区。,图7-2 圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布,A破裂区；B塑性区； C弹性区；D原始应力区,巷道的稳定性和周边位移主要取决于岩层原岩应力P，反映岩石强度性质的内摩擦角和粘聚力C等。它们之间的关系为： 巷道的周边位移u随巷道所在位置原岩应力的增大，呈指数函数关系迅速增长；指数的大小取决于的变化，值越小，指数越大

3、，u值增长愈迅速。 巷道的塑性区半径R和周边位移u随内摩擦角和粘聚力C的减小，即围岩强度降低，显著增大。,（2） 回采工作面周围支承压力分布 煤层开采过程破坏原岩应力场的平衡状态，引起应力重新分布。对于受到采动影响的巷道，它的维护状况除了受巷道所处位置的自然因素影响以外，主要取决于采动影响。煤层开采以后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支承点转移，从而在采空区四周形成支承压力带（图7-3）。,图 7-3 采空区应力重新分布概貌,1工作面前方超前支承压力 2、3工作面倾斜、仰斜方向残余支承压力 4工作面后方采空区支承压力,支承压力的显现特征通过支承压力分布范围、分布形式和应力峰值表示。 应力

4、增高系数K是支承压力峰值与原岩铅直应力的比值。 支承压力分布参数有：煤体边缘的破裂区宽度，塑性区宽度（支承压力峰值距离）x0，支承压力的影响距离x1。 目前，上述参数主要由现场实测取得。,工作面超前支承压力峰值位置距煤壁一般为48m，相当于23.5倍回采高度。影响范围为4060m，少数可达6080m，应力增高系数为2.53。 工作面倾斜方向固定性支承压力影响范围一般为1530 m，少数可达3540 m，支承压力峰值位置距煤壁一般为1520m，应力增高系数为23。 采空区支承压力应力增高系数通常小于1，个别情况下达到1.3。,相邻的采空区所形成的支承压力会在某些地点发生相互叠加，称为叠合支承压力

5、。例如，在上下区段之间，上区段采空区形成的残余支承压力与下区段工作面超前支承压力叠加，在煤层向采空区凸出的拐角，形成很高的叠合支承压力，应力增高系数可达57，有时甚至更高(图7-4)。,图7-4 煤层凸出角处叠加支承压力,（3） 采动引起的底板岩层应力分布 煤层开采引起回采空间周围岩层应力重新分布，不仅在回采空间周围煤体（柱）上造成应力集中，还会向底板深部传递，在底板岩层一定范围内重新分布应力，成为影响底板巷道布置和维护的重要因素。,沿工作面推进方向或沿工作面倾斜方向取纵向剖面，煤层底板岩层仍然相当于一个半无限体。按平面应变问题处理，计算覆岩在煤体上和已压实的冒落矸石上的支承压力引起的底板岩层

6、应力，其最大主应力max的应力增高系数等值线分布见图7-5。 图7-5 a表示上部煤层单侧采动引起底板岩层内应力分布，图7-5 b表示上部煤层两侧采动遗留保护煤柱引起底板岩层内应力分布。,如图所示，除了在煤柱下方底板岩层一定范围内形成应力增高区外，位于煤柱附近的采空区下方底板岩层一定范围内形成应力降低区。 伴生出水平方向的压缩和膨胀，出现水平应力升高区和卸压区。采空区下方底板浅部卸压甚至出现拉应力，岩层强度已大为减弱。位于应力降低区内的底板巷道，与上部采空区及煤柱边缘之间应保持一定距离。,(a) (b) 图7-5 遗留保护煤柱引起底板岩层内应力分布 a 上部煤层一侧采动 b 上部煤层两侧采动,

7、7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定,（1）巷道围岩应力影响带 巷道开掘以后，巷道周围岩体内的应力重新分布。巷道围岩应力受扰乱的区域称为影响带，一般以超过原岩应力值的5作为影响带的边界。 如果相邻巷道的应力影响带彼此不重叠，可以忽略巷道间的相互影响。 如果相邻巷道的应力影响带彼此重叠，但没有到达相邻巷道，可进行巷道围岩应力值的叠加。,在静水压应力场中，弹性变形巷道的应力影响区域形状为半径等于6r的圆（r为巷道断面半径）。在非静水压应力场中，巷道的应力影响区域形状不再是圆形，一般为长轴不大于12r的椭圆。,因此，断面相同两圆形巷道的间距D为 6rD12r 半径不同两圆形巷道的间距D为

8、6RD6（rR） 如果巷道周边形成塑性变形区，相邻巷道的应力影响带不宜超过塑性变形区与弹性变形区的交界面。,（2）巷间岩柱的稳定性 岩柱的稳定性主要取决于岩柱的载荷和岩柱强度。当岩柱所承受的载荷超过岩柱的承载能力时，岩柱是不稳定的。 岩柱的强度主要由组成岩柱的岩体强度、岩柱的宽度和高度及总的构造特征决定。已为大量现场资料所验证的经验公式有Obert-Dwvall/Wang(1967)和Bieniawski(1968)公式：,式中 R岩柱强度，MPa； RC 原位临界立方体单轴抗压强度，MPa B岩柱宽度，m； h岩柱高度，m。 RC1临界尺寸岩柱的强度，MPa。,（3）相邻巷道间合理距离 我国

9、煤矿目前采深条件下，大巷间的距离以2040m为宜，围岩较稳定时取小值，不稳定时取大值；在浅部和坚硬围岩以及在急倾斜煤层条件下，大巷间距可减小至10m；在深部和松软围岩条件下，大巷间距可增大至50m。 上下山及集中巷间距以1530m为宜，围岩较稳定时取小值，不稳定时取大值；在浅部和坚硬围岩以及在急倾斜煤层条件下，上述距离可减小到10m，在深部和松软围岩以及厚煤层内，间距应扩大到4050m。,表7-2 巷道相互影响系数,前苏联煤矿巷道合理布置保护和支护规程规定： D（a1a2）K1 a 1a2相互影响的巷道总宽度，m K1巷道相互影响系数,7.1.3 构造应力对巷道稳定性的影响 （1） 构造应力

10、构造应力的基本特点是以水平应力为主，具有明显的方向性和区域性。 (2） 水平应力对巷道稳定性的影响 水平应力是影响巷道顶板冒落、底板臌起、两帮内挤的主要因素。顶板岩层在水平应力作用下可能出现两种破坏形式： 一是薄层页岩类岩层沿层面滑移， 二是厚层的砂岩类岩层以小角度或沿小断层产生剪切，顶板失稳冒落。,水平应力作用 下顶板的破坏 a- 薄层页岩顶板 b-厚层砂岩顶板,水平应力作用下巷道底鼓,水平应力作用下巷道两帮破裂,（3）合理的巷道布置方向 巷道轴向与构造应力方向之间夹角不同，巷道围岩水平应力集中程度有很大差异。因此，在构造应力影响较强烈的区域，要重视巷道布置方向，依靠正确调整巷道方向与构造应

11、力方向间的关系，削减构造应力对巷道围岩稳定性的影响。,图7-6 巷道轴向与构造应力成一定角度时 周边应围岩应力计算简图,图7-7 巷道轴向平行、垂直构造应力条件下， 周边围岩应力分布 a平行构造应力； b 垂直构造应力,巷道轴向与构造应力方向平行时，构造应力对巷道的稳定性影响最小； 巷道轴向与构造应力方向垂直时，影响最大。 构造应力对巷道稳定程度的影响，主要随角正弦的平方值变化，如果角小于250300时，构造应力对巷道稳定性的影响无明显变化。,7.1.4 受采动影响巷道的围岩变形 （1）巷道围岩变形量的构成 巷道围岩变形量包括巷道顶板下沉量、底板臌起量、巷帮移近量、深部围岩移近量以及巷道剩余断

12、面积等。 （2） 巷道围岩变形规律 采准巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布过程，围岩变形会持续增长和变化。以受到相邻区段回采影响的工作面回风巷为例，围岩变形要经历五个阶段（图7-8）。,图7-8区段平巷围岩变形,巷道掘进影响阶段 煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移。随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和。巷道的围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。 (2) 掘进影响稳定阶段 掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形还会随时间而缓慢增长，但其变形速度比掘巷初期要小得多。巷道的围岩变形

13、速度仍取决埋藏深度和围岩性质。,（3） 采动影响阶段 巷道受上区段工作面（A）的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形急剧增长。 在工作面（A）后方附近，由巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压力和巷道围岩变形速度都达到最大值。巷道围岩性质、护巷煤柱宽度或巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。,（4） 采动影响稳定阶段 回采引起的应力重新分布趋向稳定后，巷道围岩变形速度再一次显著降低，但仍然高于掘进影响稳定阶段时变形速度，围岩变形量按流变规律不断缓慢地增长。,（5） 二次采动影响阶段 巷道受本区段回

14、采工作面（B）的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力又一次重新分布，塑性区进一步扩大，应力的反复扰动使围岩变形比仅受一次采动影响时更加强烈。 表7-3 采区平巷不同矿压显现带内顶底板移近规律,7.2 受采动影响巷道矿压显现规律 7.2.1 巷道位置类型 根据巷道与回采空间相对位置及采掘时间关系的不同，巷道位置可以分为以下几类： （1） 与回采空间在同一层面的巷道称为本煤层巷道，分析本煤层巷道位置时，仅考虑回采空间周围煤体上支承压力的分布规律，可作为平面问题处理。,（2） 与回采空间不在同一层面，其下方的巷道称为底板巷道，分析底

15、板巷道位置时，应该考虑回采空间周围底板岩层中应力分布规律，按空间问题处理当然，位于回采空间所在层面上方的巷道称为顶板巷道 。 （3） 厚煤层中、下分层以及相邻煤层中的煤层巷道，有可能同时受到本分层和上分层以及相邻煤层采面的采动影响。分析这类巷道位置时，依据巷道与回采空间位置和采掘时间关系，综合考虑回采空间周围煤体上支承压力和顶、底板岩层中应力的叠加影响。,7.2.2 区段巷道的位置和矿压显现规律 1） 区段巷道的布置方式 根据区段回采的准备系统，区段巷道可分成三种布置方式。 （1） 位于未经采动的煤体内，巷道两侧均为煤体，称为煤体-煤体巷道(图7-9) 。,图7-9 区段巷道布置方式示意图 a

16、煤柱护巷；b无煤柱护巷,（2） 巷道一侧为煤体，另一侧为保护煤柱，保护煤柱一侧的采面采动影响已稳定后，掘进的巷道称为煤体-煤柱巷道（采动稳定）(图7-91) ； 与保护煤柱一侧的采面区段巷道同时掘出，保护煤柱一侧的采面回采过程中，掘进的巷道称为煤体-煤柱巷道（正采动）(图7-91) 。,（3） 巷道一侧为煤体另一侧为采空区,采空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为煤体-无煤柱（沿空掘进）巷道(图7-92) ； 如果通过加强支护或采用其它有效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段工作面回采时使用的巷道，称为煤体-无煤柱（沿空保留）巷道(图7-92) 。,综上所述区段巷道的布置方式

17、可简述为：,2） 区段巷道矿压显现规律 （1） 煤体-煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围岩变形量比采动影响阶段全过程小得多，一般仅1/3左右。,（2） 煤体-煤柱（采动稳定）或沿空掘进巷道服务期间，围岩的变形同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。但是巷道整个服务期间内，始终受相邻区段采空区残余支承压力的影响，三个影响阶段的围岩变形均大于煤体-煤体巷道。,3） 煤体-煤柱（正采动）或沿空保留巷道服务期间，围岩的变形将经历 (1) 巷道掘进影响阶段 （2） 掘进影响稳定阶段 （

18、3） 采动影响阶段 （4） 采动影响稳定阶段 （5） 二次采动影响阶段 全部的五个阶段。围岩变形量远大于无采动及一侧采动稳定后巷道。,3） 厚煤层中下分层区段巷道布置和矿压显现规律 厚煤层中、下分层区段巷道相对本层工作面仍然是煤体-煤体、煤体-煤柱（采动稳定、正采动）、煤体-无煤柱（采动稳定、正采动）三种布置方式。与上部分层主要有以下三种位置关系： 布置在已稳定的采空区下方，附近无上分层遗留煤柱，（图7-10 a）； 布置在已稳定的采空区下方，并在上分层护巷煤柱附近，（图7-10 b）； 巷道布置在上分层护巷煤柱下部（图7-10 c）。,图7-10 厚煤层 中下分层区段巷 道布置方式 a在已稳

19、定的采 空区下方 b在已稳定的采 空区下方靠近上分 层护巷煤柱 c在护巷煤柱下 部(图中巷道2),中、下分层巷道如果位于上分层一侧已采的煤体附近(图7-10(a) ，上分层煤体的支承压力，对下部分层巷道会产生一定影响。它的影响程度与巷道和上分层煤体边缘之间的水平距离有关。一般情况下，水平距离超过2m影响已不明显。 中、下分层巷道如果位于上分层两侧均已采空的煤柱附近(图7-10(b) ，由于受到上分层煤柱支承压力叠加的强烈影响，围岩变形显著。为了改善这种巷道的维护，要求巷道与上分层煤柱边缘保持510m的水平距离。,7.2.3 底板巷道的位置和矿压显现规律 （1） 底板巷道的位置 按照巷道与上部煤

20、层回采空间的相对位置和开采时间关系，巷道的位置可归纳以下三种情况： 巷道布置在已稳定的采空区下部。在上部煤层回采空间形成的底板应力降低区内，巷道整个服务期间内不受采动影响。, 巷道布置在保护煤柱下部。经历保护煤柱两侧回采工作面的超前采动。保护煤柱形成后，一直受保护煤柱支承压力的影响。当保护煤柱足够宽或者巷道与保护煤柱的间距足够大时，巷道可以避开采动影响，处于原岩应力场内。 巷道布置在尚未开采的工作面下部。经历上部采面的跨采影响后，位于已稳定的采空区下部应力降低区内。,图7-11 底板巷道位置 在已稳定的采空区下部；在保护煤柱下部； 在尚未开采工作面下部，经历上部采面的跨采影响,（2） 底板巷道

21、的矿压显现规律 底板巷道从开掘到报废，由于上部煤层的采动影响，引起围岩应力反复重新分布，围岩变形速度随之变化。 巷道在应力降低区内巷道掘进影响阶段，然后进入掘进影响稳定阶段，围岩变形趋向稳定，变形量不大。,巷道围岩变形要经历掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，保护煤柱不足够宽时，受上部煤层工作面A回采影响期间显著变形，然后又趋向稳定；受上部煤层工作面B回采影响期间强烈变形，然后再次趋向以较大的变形速度持续变形（图7-12( a)）。 巷道围岩变形要经历掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，工作面跨越开采时引起围岩强烈变形，然后又趋向稳定（图7-12(b)）。,图7-12 受上部煤层采动影响底板巷道变形

22、a 保护煤柱不够宽条件下 b 采面跨采条件下,（三） 厚煤层主要巷道的布置方式 20世纪50年代至60年代初期，我国一些开采厚煤层的矿井，曾采用在厚煤层内布置区段集中巷，上、下山甚至大巷，一般沿底板掘进，两侧留保护煤柱。巷道要经受多次采动影响。围岩变形强烈、破坏严重，还可能引起煤层自然发火。 自60年代起，许多矿井以底板岩层巷道替代煤巷，为矿井安全和正常生产创造了良好的条件。但是岩巷工程量大、系统复杂，与现代化矿井综合机械化采煤的发展不相适应。 目前，随着开采技术和巷道维护技术的进步，我国一些开采厚煤层的矿井重新开始在厚煤层内布置上、下山甚至大巷，这标志厚煤层巷道部署的重要改革，对矿井生产建设

23、将会产生重大影响。,7.2.4 上、下山巷道的位置 按巷道与回采空间的相对位置和回采顺序，可将上、下山的布置方式归纳为图7-13所列举的类型 ： (1) 位于煤层内用煤柱保护的上、下山 (2) 位于底板岩层内上方保留煤柱的上、下山 (3) 上、下山位于底板岩层内，上部煤层工作面跨越上、下山回采。跨越方式如图7-13 c所示，左翼工作面先回采到上、下山附近处停采，然后右翼工作面跨越上、下山回采到左翼工作面停采线附近处停采。,(4) 上、下山位于底板岩层内，上部煤层工作面跨越上、下山回采。跨越方式如图7-13 d所示，右翼工作面在左翼工作面还远离上、下山时就跨越上、下山。 上、下山（图7-13(d

24、)）巷道的围岩变形只经过掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，跨采引起围岩变形急剧增加，以及跨采之后围岩变形趋向稳定四个时期，总变形量显著减少（图7-14）。,图7-13 受采动影响的上、下山布置方式,图7-14 上、下山（图7-13(d)）巷道围岩变形,7.2.5 巷道位置参数的选择 巷道位置参数既明确了巷道所在的层位及其围岩性质，也决定了巷道受到采动影响的程度。围岩性质是影响巷道维护诸因素中最为重要的因素 。,1)巷道位置参数 本煤层巷道与开采空间在同一层面内，它的位置参数是巷道与采空区边缘的距离，即保护煤柱的宽度。 底板巷道与开采空间不在同一层面内，它的位置参数是巷道与上部煤层之间的垂直距离Z

25、，巷道与上部煤柱（体）边缘之间的水平距离X，煤柱的合理宽度B。 巷道布置类型及参数见示意图7-15。,图 7-15 巷道布置类型及布置参数示意图,2） 巷道围岩变形与Z、X值的关系 现场实测表明：在巷道围岩性质、开采深度和上部煤层采动状况等相同条件下，巷道围岩变形量u (mm)与巷道至上部煤层的垂距Z(m)之间呈幂函数关系。,图 7-16 巷道围岩变形与Z值的关系曲线 1区段集中巷 ；2盘区上山,在巷道围岩性质、开采深度、上部煤层采动状况和巷道至上部煤层之间的垂距等相同条件下，巷道与上部煤柱（体）边缘之间的水平距离X决定着上部煤层跨采后，巷道是位于采空区下方的应力降低区内，还是处于上部煤柱引起

26、的应力增高区内。 巷道围岩变形速度与上部两侧已采煤柱水平距离实测关系曲线见图7-17， 巷道围岩变形速度与上部一侧已采煤体边缘水平距离实测关系曲线见图7-18。,图7-17 巷道围岩变形速度与上部煤柱边缘之间的水平距离关系曲线 1两帮移近速度 2顶底移近速度,图7-18 巷道围岩变形速度与上部煤体边缘之间 的水平距离关系曲线 1两帮移近速度 2顶底移近速度,3） 巷道位置参数的选择 (1) 底板岩层中应力分布区域 底板巷道矿压显现表明，底板中除垂直应力外，剪应力、水平应力也是影响巷道矿压显现的重要因素。依据数值计算、相似模拟试验和现场实测等多方面分析研究，在煤体与采空区交界地区，采动引起的底板

27、岩层应力分为以下区域（图7-19）：,原岩应力区、 应力集中区、 剪切滑移区、B、C 卸压区、 应力恢复区、 拉伸破裂区、A。 卸压区中拉伸破裂和剪切滑移区以下区域应当是布置底板巷道的理想区域。,图7-19 底板岩层应力分布区域 原岩应力区；应力集中区； 卸压区；应力恢复区； A拉伸破裂区；B、C剪切滑移区,(2) 计算底板巷道位置参数 依据巷道需求的稳定程度和巷道实际围岩强度，计算在不同开采深度条件下，巷道的位置参数。 上部煤层跨越底板巷道回采时，一般情况下巷道应采取临时加强支护措施。上部煤层跨采过后，为了确保巷道获得卸压效果，需要综合考虑巷道与上部煤层之间的垂直距离Z，以及巷道与上部煤体边

28、缘之间的水平距离X（图7-20）。,巷道与上部煤层之间的垂直距离，应尽可能选择在距煤层不小于表7-3所规定距离的较坚硬的岩层内，但通常不超过50m。 已知巷道与上部煤层之间垂直距离情况下，巷道与上部煤体边缘之间合理的水平距离见表7-4所列。,图720 应力降低区内底板巷道位置参数,表7-3 巷道与跨采煤层间的最小距离/m,表7-4 巷道与上部煤层边缘之间的水平距离X/m,(3) 顶板巷道位置参数 我国煤层赋存条件复杂，在某些情况下，例如靠近煤层的底板岩层为强含水的奥灰岩或者软弱岩层；以及为了减轻或消除上部煤层的煤与瓦斯突出或冲击地压的危险，先开采下部作为保护层的煤层时，布置顶板巷道更有利。目前

29、，我国主要用保护煤柱保护顶板巷道 。,我国主要用保护煤柱保护顶板巷道（图7-21），图中：、为岩层移动角，x0为巷道一侧保护带宽度，一般不小于20m。 前苏联煤矿巷道布置规程中规定：布置在尚未开采的煤层顶部，要经历下部煤层开采影响的顶板巷道，Z值不小于回采工作面顶板裂隙带的高度，用全部跨落法时，Z值不小于12倍采高。巷道与下部煤体边缘之水平距离XZ2L，且X大于50m，L为下部煤层工作面周期来压步距（图7-22）。,图7-21 保护煤柱维护顶板巷道示意图 a煤层走向方向；b煤层倾向方向,图7-22 下部煤层（跨采）顶板巷道示意图,7.2.6 综放面回采巷道矿压显现特点 1) 实体煤巷道 与综采

30、分层工作面相比，综放整层工作面超前支承压力分布范围扩大，应力高峰位置前移；一般情况下综放巷道各项矿压显现指标参数均高于综采分层巷道。 2) 沿空掘进巷道 以兖州兴隆庄煤矿为例，综放与综采一分层沿空巷道相比较超前支承压力明显影响区范围扩大20m左右；顶底板平均移近量增加400100mm，顶底板平均移近速度增加12mm/d。,7.3 巷道围岩控制原理 7.3.1 巷道围岩压力及影响因素 1) 围岩压力 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，统称为围岩压力。 根据围岩压力的成因，可分为以下四种类型： 松动围岩压力、 变形围岩压力、 膨胀围岩压力、 冲击和撞击围岩压力。,(1) 松

31、动围岩压力 由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，以重力的形式直接作用于支架结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式。如支护不能有效地控制围岩变形的发展，围岩形成松动垮塌圈时，将导致松动围岩压力出现，通常顶压显现严重。,（2） 变形围岩压力 支护能控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而产生的压力，称为变形围岩压力，简称变形压力。 弹性变形压力是围岩弹性变形时作用于支架上的压力，弹性变形产生速度极快，变形量很小，实际意义不大。 塑性变形压力是由于围岩的塑性变形和破裂，围岩向巷道空间位移，使支护结构受到的压力，是变形围岩压力的主要形式。塑性变形的大小主要取决于巷道塑性区和破裂区的范围。塑性区的扩展具

32、有明显的时间效应。,（3） 膨胀围岩压力 围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。两者的变形机制截然不同。前者是指与水发生物理化学反应；后者主要是围岩应力与结构效应。 （4） 冲击和撞击围岩压力 冲击围岩压力指围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放出来所产生的压力；撞击围岩压力是回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷道支护体所产生的压力。,2) 影响围岩压力的主要因素 影响围岩压力的因素基本上可分为开采技术因素和地质因素两大类。 开采技术因素中，影响最大的是回采工作状况，即巷道与回采工作面相对空间、时间关系。例如，巷道是处于一

33、侧、两侧或邻近煤层采动影响条件下，是受一次还是受多次采动影响，采动影响已经稳定还是正在采动过程中。,其次是巷道保护方法，例如，巷旁支护方式、巷道断面形状和大小、巷道掘进方法、巷道基本支护类型和参数等。 地质因素主要有：原岩应力状态、围岩力学性质、岩体结构、岩石的组成和胶结状态、围岩中水分的补给状况等。,7.3.2 巷道围岩控制原理和方法 1) 巷道围岩控制原理 巷道围岩控制是指控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取措施的总和。其基本原理是：人们根据巷道围岩应力、围岩强度以及它们之间相互关系，选择合适的巷道布置和保护及支护方式。降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存环境，有效地控制围

34、岩的变形、破坏。,2)巷道布置 从巷道围岩控制的角度出发，布置巷道时应重视下列问题： (1) 在时间和空间上尽量避开采掘活动的影响，最好将巷道布置在煤层开采后所形成的应力降低区域内。 (2) 如果不能避开采动支承压力的影响，应尽量避免支承压力叠加的强烈作用，或者尽量缩短支承压力影响时间，例如跨越巷道开采，避免在遗留煤柱下方布置巷道等。,(3) 在采矿系统允许的距离范围内，选择稳定的岩层或煤层布置巷道，尽量避免水与松软膨胀岩层直接接触。 (4) 巷道通过地质构造带时，巷道轴向应尽量垂直断层构造带或向、背斜构造。 (5) 相邻巷道或硐室之间选择合理的岩柱宽度。 (6) 巷道的轴线方向尽可能与构造应

35、力方向平行，避免与构造应力方向垂直。,3) 巷道保护及支护 巷道的保护及支护措施可以归纳为以下几点： (1) 通过在巷道围岩中钻孔卸压、切槽卸压、宽面掘巷卸压以及在巷旁留专门的卸压空间等方法，使巷道围岩受到某种形式的不同程度的卸载。 (2) 采用围岩钻孔注浆、锚杆支护、锚索支护、巷道周边喷浆、支架壁后充填、围岩疏干封闭等方法，增高围岩强度，优化围岩受力条件和赋存环境。,(3) 架设支架对围岩施加径向力，既支撑松动塌落岩石，又能加大巷道的围压，保持围岩三向受力状态，提高围岩强度，限制塑性变形区和破裂区的发展。,7.3.3 巷道围岩稳定性分类及支护选择 1)巷道围岩稳定性分类 巷道围岩稳定性的类别

36、是一个模糊概念, 选用模糊聚类分析方法. 分类指标： 属于围岩强度方面 巷道顶板岩石单向抗压强度、 煤层单向抗压强度 巷道底板岩石单向抗压强度， 围岩岩体完整性指数。,属于围岩应力方面 巷道埋深， 本区段采动影响指标， 相邻区段采动影响指标。 回采巷道围岩稳定性分成5个类别。各指标的 聚类中心见表7-5。,表7-5 回采巷道围岩稳定性分类指标聚类中心值,2)巷道围岩移近量预算 巷道围岩移近量是反映巷道围岩稳定性的客观标准，是巷道支护形式选择和计算支护参数的依据。主要计算方法有解析分析方法、数值分析方法、回归分析方法、概率分析方法和模糊分析方法。通常根据巷道埋深H和巷道顶底板岩层平均单向抗压强度

37、Rc利用图7-24计算巷道预期围岩移近量uz。,uz=u0+u1+u1，2+u2 u0无采动影响阶段巷道顶底板移近量，由图7-24(a)查对； u1受本区段工作面一次采动影响巷道顶底板移近量，由图7-24（b）查对； u1，2一次采动后稳定期内无采掘影响阶段巷道顶底板移近量，由图7-24（c）查对； u2受下区段工作面二次采动影响巷道顶底板移近量， u2 =1.4 u1 。,图7-24 巷道埋深和围岩强度与顶底板移 近量的关系曲线 (a) 无采动影响阶段；（b）一次采动影响阶段； （c）一次采动后稳定阶段,3) 选择巷道支护形式 依据预测的巷道围岩稳定性类别，推荐的煤层巷道锚杆基本支护形式与主

38、要参数见表7-6所列。,表7-6 煤巷顶板锚杆基本支护形式与主要参数,注 1.巷帮锚杆基本支护形式与主要参数视地应力、巷帮煤（岩）强度、节理状况、护巷煤柱尺寸、巷道断面等因素，参照顶板锚杆确定； 2对于复合顶板、破碎围岩、易风化、潮解、遇水膨胀围岩，可考虑在基本支护形式基础上增加锚索加固或注浆加固、封闭围岩等措施； 3“顶板较完整”指节理、层理分级的、，“顶板较破碎”指、级，如7-7所示。,7.4 本章小结 本章首先介绍在高应力作用下巷道围岩破裂区、塑性区、弹性区和原始应力区；回采工作面周围移动性支承压力、固定支承压力、采空区支承压力分布和底板岩层应力分布状态。 在此基础上确定相邻巷道的合理间距、受构造应力影响巷道合理的布置方向及受采动影响巷道的围岩变形规律。 分析区段巷道的布置方式和矿压显现规律，底板巷道特别是上、下山的布置方式和矿压显现规律，概述顶板巷道的布置方式，巷道位置参数及综放面回采巷道矿压显现特点。,认为降低巷道围岩应力，提高围岩稳定性以及合理选择支护是巷道围岩控制的基本途径， 阐述巷道松动围岩压力、变形围岩压力、膨胀围岩压力冲击和撞击围岩压力，巷道布置和巷道保护及支护的围岩控制方法； 最后提出巷道围岩稳定性分类及支护选择方案。,