巷道矿压显现规律(1).doc

授课教案 课程名称矿井围岩控制与灾害防治 适用专业安全工程（矿山安全） 第14讲 巷道矿压显现规律 【本讲内容提纲】 1. 巷道围岩应力及变形规律 2. 受采动影响巷道矿压显现规律 【重点内容详解】 一、巷道围岩应力及变形规律 【笔注】 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（见图1和图2） 图1弹性变形应力分布 图2塑性变形应力分布 在各向等压条件下，圆形巷道塑性区半径R和周边位移u的计算公式为 由上两式可知，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 ① 巷道的周边位移随着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，其值越小，指数越大，u值增长越迅速。 ② 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 工作面超前移动支承压力峰值位置距煤壁一般为4～8m，相当于2～3.5倍采高，影响范围为40～60m，少数可达60～80m，应力增高系数为2.5～3；工作面倾斜方向固定支承压力影响范围一般为15～30m，少数可达35～40m，支承压力峰值位置距煤壁一般为15～20m，应力增高系数为2～3；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；在煤层向采空区凸出的拐角处形成很高的叠合支承压力，应力增高系数可达5～7，有时甚至更高。 3）采动引起的底板岩层应力分布 （1）一侧采空煤体及两侧采空、宽度较大的煤柱，作用于煤层上的支承压力的影响深度约为1.5B～2B；两侧采空、宽度较小的煤柱，作用于煤柱上的支承压力的影响深度约为3B～4B； （2）两侧采空、宽度较小的煤柱，底板岩层内同一水平面上以煤柱中心线处最大；一侧采空煤体，底板岩层内同一水平面上最大值在煤体下方，距采空区边缘数米处，两侧采空、宽度较大的煤柱下，底板岩层内同一水平面上以煤柱中心线处较小，靠近煤柱边缘出现峰值； （3）无论在何种形式煤层载荷作用下，底板岩层内应力分布都呈扩展状态，数值等于自重应力值的等值线与煤柱边缘垂线的夹角，该角为影响角，一般为30～40。 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 断面相同的两圆形巷道的间距D为 半径不同的两圆形巷道的间距D为 2）巷间岩柱的稳定性 实验结果表明，当岩柱的宽高比B/h大于5时，岩柱强度将随着B/h的增加而显著增大；当B/h大于10时，一般情况下岩柱不易破坏。 3）相邻巷道间合理距离 我国煤矿在目前采深条件下，大巷间的距离以20～40m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15～30m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40～50m。 3、构造应力对巷道为稳定性的影响 1）构造应力 构造应力主要集中在地质构造变动比较剧烈的地区。 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、底板鼓起、两帮内挤的主要因素。 巷道顶板薄层页岩类沿岩层面滑移 厚层砂岩剪切、失稳冒落 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 3）巷道布置的合理方向 计算结果表明，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25～30时，构造应力对巷道稳定性的影响无明显变化。 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、底板鼓起量、巷帮移近量、深部围岩移近量等。 （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 ① 巷道掘进影响阶段弹塑性、变形量小、趋于稳定、时间短，剧烈区每天由几毫米至几十毫米，稳定期一般1； ② 掘进影响稳定阶段主要为流变，受岩性影响较大，多数情况为0.2～0.5 mm/d，有时至1 mm/d左右； ③ 采动影响阶段前影响区，由每天几毫米至十几毫米；后影响区，一般20～30 mm/d，少数情况达40～60 mm/d； ④ 采动影响稳定阶段位移、变形均较小，多数情况1 mm/d，有时达1～2 mm/d； ⑤ 二次采动影响阶段影响剧烈程度及影响范围均比第一次大，由每天十几毫米至二十几毫米，可到三十几毫米。 二、受采动影响巷道矿压显现规律 【笔注】 1、巷道位置类型 本煤层巷道；底板或顶板巷道；厚煤层中、下分层以及相邻煤层中的煤层巷道。 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 煤体-煤体巷道；煤体-煤柱（采动稳定）和煤体-煤柱（正采动）巷道；煤体-无煤柱（沿空掘进）和煤体-无煤柱（沿空保留）巷道。 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，其围岩变形量比采动影响阶段全过程的总变形量小得多，一般仅为全过程变形量的1/3左右。 （2）煤体-煤柱或无煤柱（采动稳定）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（工作面前方采动影响）；但是巷道整个服务期内，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-煤柱或无煤柱（正采动）巷道服务期间，围岩的变形将经历全部的五个阶段，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。 （1）位于上分层一侧已采的煤体附近巷道与上分层煤体边缘的水平距离相关。一般情况下，水平距离超过2 m影响已不明显。 （2）位于上分层两侧均已采空的煤柱附近受上分层煤柱支承压力叠加的影响，围岩变形显著。 （3）厚煤层无煤柱开采技术的优点减少煤损，同时有利于下分层巷道维护。 3、底板巷道的位置和矿压显现规律 1）底板巷道的位置 布置在已稳定的采空区下部； 布置在保护煤柱下部；布置在尚未开采的工作面下部。 2）底板巷道的矿压显现规律 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I仅经历在应力降低区内的巷道掘进影响阶段，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Ⅱ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（书中图7-13（a））。巷道Ⅲ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（书中图7-13（b））。 3）厚煤层主要巷道的布置方式 4、上、下山的位置和矿压显现规律 1）上、下山巷道的位置 2）上、下山巷道矿压显现规律 5、巷道位置参数的选择 1）巷道围岩变形与z、x值的关系 2）巷道位置参数的选择 （1）底板巷道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书中表7-5所规定距离的较坚硬的岩层内，但通常不超过50 m。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书中表7-6所列。 （2）顶板巷道目前，我国主要用保护煤柱保护顶板巷道（书中图7-22），图中γ、β、δ为岩层移动角，x0为巷道一侧保护带宽度，一般不小于20 m。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，用全部垮落法时，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50 m。L为下部煤层工作面周期来压步距（书中图7-23） 6、综放面回采巷道矿压显现特点 1）实体煤巷道 2）沿空掘进巷道 【 教学后记】 7