板石煤矿工作面两巷支护技术研究.pdf

分类号 _ID323学校彳 码 1Q147 U DC 密级公 开 硕 士 学 位 论 文 梹石煤矿工作面两養支护技术研究 T he technology research on supp ort in tw p-roadyv ay of c o a l fa c e in B a n S h i c o a l min e 作者姓名 J 每 启適 . . 指导教师 J L祥A H_ _ _ _ _ 申请学位 _ 硕主  学科专业 苹矿I f  研 究方 向矿 山压 力与矿 井 动 力灾害 防治 辽 宁工程 技 术 大 学 致 谢 本文 是 在 导师 孔 祥 义 教授 悉心 指 导 下 完成 的 ，从论 文 的选 题 、资料 的收 集 、现 场工 程 试验 直至论文的编 撰和定稿无不凝聚着 导师 的一片心血 。在本人攻读硕 士期 间，导师严 谨 的治 学态度 ，求 实 的工 作 作风 、活跃 的学术 思 想 、忘我 的奉献 精神 和真 诚 坦 荡 的为人给 我 以极大的鼓励与启发，将永远激励我奋 勇 向前 ，这些将使我终生受益 。我从导师身上看到 了如何做一个受人尊重的人 。值此论文完成之际，在此 向导师 的培育恩情表示最真挚的谢 意 在现场测试 以及论文撰写上 ，得到 了李健 、李正刚、张渝等师弟的帮助 ，正是 同他们 积 极 而有 益 的讨 论 ，才使得我 能够 加深 对相 关 理论 知识 和 工程 问题 的理 解 ，开 阔 了视野 ， 丰 富 了知 识 面 ，在 此 向他们 表 示诚 挚的谢意 。 在资料搜集及现场测试方面 ，得到 了板石煤矿各位现场工作人员的热情帮助 ，在此表 示 衷 心 的 感 谢 。 最 后 衷 心感谢 各位 专 家 、教授在 百忙之 中评 审本 文 。 由于 作者 水平 和 时 问的 限制 ，文 中难免有不足、疏漏甚至错误之处，敬请各位专家 、老师批评指正 ，并希望得到更多的指 导和 帮助 。 摘 要 本文对于板石煤矿顶板和底板岩石的抗压强度 比较小 ，顶板和底 板岩石的强度低而且 胶结性不好 ，大多数是泥岩和粉砂岩 ，为支护较 困难 的软岩矿 井 。导致综和机械化 幵采 的 工作面两条顺槽 的支护十分艰难 ，特别是在回釆期间受动态压力 的影 响变形量较大 ，回采 巷道经过多次翻修均很难维持工作面煤炭 的顺利 回采 。由于这些 原因 ，为 了解决该矿工作 面顺槽的支护 问题，通过对板石煤矿工作面顺槽锚杆支护的效果进行调查研 究和现场测定 的基础上 ，对板石煤矿现场数据进行测定 ，以确定巷道 围岩 的支护参 数 ，分析地应力的大 小和方 向对巷道 的影响 。采用理论分析和数值模拟相实验结合 的研究 方法 ，分析研 究 了影 响板石煤矿工作面两巷支护 的主要 因素 。基 于理论计算 、现场测试与 实验室试验 ，提 出了 板石煤矿工作面两巷锚 网索支护设计理论 为悬 吊理论 ，给 出了综釆工 作面顺槽支护方案 ， 采用计算机模拟软件对支护方案进行设计合理性验证 ；进一步采纳该 设计方案在现场实施 试验巷道 ，通过对试验巷道 的矿 山压 力显现 结果检验支护设计 的 i H 确 性 ，最终确定支护方 案 ，解 决 该矿综采工 作 面两巷 支护 难 题 。 关键 词 围岩 松 动 圈 ；悬 吊理 论 ；主 动 支 护 ；锚 杆 A b stra ct T he com pressive strength of this article for B anshi m ine roof and floor rock is relatively sm all, roof and floor rocks of low intensity and poor cem entation , m ost of the m udstone and siltstone， m ore difficult to support soft-rock m ines. L ead to a com prehensive and m echanized m ining face very difficult the tw o crossheadin g support, especially by the dyn am ic pressure in the recovery period of de ation is large and difficult to m aintain the sm ooth recovery of the w orking face of coal m ining roadw ays A fter several renovated.F or these reasons, in order to solve the m ine w orkin g face support effect on the S late coal m ine w orking face of bolt support on the basis of survey research and field determ in ation , S late m ine field data w ere m easuredto d eterm in e th e param eters of the support of the surrounding rock, and analysis to stress the size and direction of the roadw ay. T he com bination of theoretical analysis and num erical sim ulation experim ents， research m ethods, analysis of the m ain factors affect the board stone coal face R oadw ay . B ased on theoretical calculations, fi eld tests and laboratory tests, L an e S late coal face steel m esh and anchor support design theory suspended theory, given a fully m echanized coal face R oadw ay program , using com puter sim ulation softw are support the rational design verification program ; further adoption of the design im plem entation of the test roadw ay at the scene to show the correctness of the results of inspection and support design，rock pressure on the test roadw ay , and ultim ately determ ine the supporting program to address the m ine fully m echanized coal face tw o roadw ay s support problem s. K ey W ords surrounding rock loose circle suspen sion theory ； active supp ort； b olt； 目 录 mI A BS T RA CT I I 1 i 1.1论 文研 究 的意义 1 1.2锚杆支 护技术研 究发展 1 1.2.1国内锚杆支 护技 术 的发 展 1 1.  2. 2国外 锚 杆 支 护 技 术 的发 展 2 1.3论文主要研 究 内容和技 术路 线 3 2矿井基本概况及板石煤矿 现场数据测定 5 2. 1矿 区概 况 5 2. 2煤岩物理力学性质 指标 测定成果总表6 2.  3地 应 力 测 量 7 2.  3. 1地 应 力 测 量 结 果 及 分 析7 2. 3. 2地应 力对 119 10 工作面 顺槽 稳 定性 的影 响 7 2.4巷 道 围岩 松 动 圈测 定 12 2.4. 1 巷 道 围 岩 松 动 圈 测 定 目的 12 2.4.2 岩 体 声 波 仪 工 作 原 理 及 方 式 12 2.4.3板 石 煤 矿 巷 道 围 岩 松 动 圈 测 定 13 3 锚 网 索 支 护 机 理16 3.  1煤 巷 锚杆 支 护 概 况 16 3.2巷 道 锚 杆 支 护 作 用 的机 理 17 3 .2. 1 锚 杆 支 护 的 机 理 17 3.2.2 锚 杆 支 护 构 件 的 作 用 19 3 .2.3直 径 对 锚 杆 支 护 强 度 的 影 响 20 3 .2.4锚 固 前 后 岩 体 强 度 变 化 2 1 3.3锚 索 支护 的作 用 机 理 22 3.4金 属 网 的 支 护 作 用 23 3.5钢 带和 托 梁 的支护 作 用 24 3.5. 1 钢 带 的支 护 作 用 24 3.5.2 托 梁 的 支 护 作 用 25 3.  6 小 结 25 4板石煤 矿 119 10 工 作面 两巷支 护设 计 26 4.  1工 程 概 况 26 4.2锚杆支护 设计 方法 27 4 .2. 1巷 道 围 岩 分 类 方 法27 4.  2. 2巷 道 锚 杆 支 护 设 计 的 方 法 28 4.3锚杆支护 参数 的确 定 29 4.4悬 吊理论 计算锚 索支 护参数 3 1 4.5钢筋 网尺 寸 的确 定 及钢 筋梯 的参数选择 33 4.  6 11910 工 作 面 两 巷 支 护 设 计 33 4.7 119 10 工 作面支 护数值 模拟 34 5板石煤 矿 11910 工 作面 回风巷矿压观 测 38 5.1巷 道 矿 压 观 测 38 5.  1. 1 巷 道 矿 压 观 测 的 目的 38 5. 1.2 巷 道 矿 压 观 测 的 主 要 内 容 38 5. 1.3 巷 道 矿 压 观 测 的 布 置 38 5.2巷道监 测 点 的安装 及 监 测 原 理 39 5.  3 11910 工作 面 回风 巷 表 面位 移 观测 结 果 与分 析 40 5.4 119 10 工 作 面 回风 巷 顶 板 岩 层 间 的离层 监 测 42 5. 5 119 10 工作 面 回风顺槽锚 杆锚 固力 的监测 与数据 分析 45 6 辦49 参考文献 50 n U] 53 学位论文数据集 55 7 辽‘ 广I 程技术大学硕士学位论文  1绪 论 1.1论文研 究 的意义 板 石 煤 矿 隶 属 于 吉林 省 珲 春 矿 业 集 团有 限 责 任 公 司 ，矿 井 设计 生产 能 力 为 0. 9M t/a。服 务年 限 为 40. 3a， 斜 井 开拓 。该井 田西 南翼 主 控 断层 少 ，构造 相对 简 单 。井 田北 东翼 断层 多 ， 构造 复 杂 。井 田工业 储 量 105056. 95kt，可 釆 储 量 52712. 99kt，可 采 煤 层 11 层 ，属 于缓倾 斜近 距 离 薄 及 中厚 煤 层 群 。 由于 该矿 顶 底板 岩石抗 压 强度 较 小且 强度 低 胶 结性 差 ，多 为泥 岩 和 粉 砂 岩 ，故 也 为软 岩矿 井 。导 致 综 和机 械化 幵采 的工 作 面 两 条 顺 槽 的支护 十分艰 难 ，特 别 是 在 回采 期 间受动 态压 力 的影 响变 形量 较 大 ，回釆 巷 道 经过 多 次翻 修 均 很 难 维持 工 作 面煤 炭 的顺 利 回采 。为 解决 软 岩巷 道 支 护 问题 ，通 过地 质 力学参 数 、岩 性 分 析 、煤岩 层 可 错 性 等 测 试 ，对 目前 国 内外 类 似 条件 下 的巷道支护技术 进 行 调研 ， 以寻求 板 石 煤矿软 及膨 胀性 煤 岩 层 巷道 合 理 的 支护 形 式 ，通 过 工程 实践 ，验证 支 护 设 计 可 行性 ，并进 行经济 分析 ，评 价矿 井 开釆 的可行 性 。 1. 2锚杆支护技术研 究发展 1. 2.1国 内锚 杆支 护技术 的发 展 中 国锚 杆 支 护 的应 用 始 于 1950 年 代 后 期 ， 1960 年 代 锚杆 支 护 进 入 采 区 ， 1970 年 代 前 期还 处 于 探 索 阶 段 ，虽 然 我 国发 展 描 杆 技 术 到 目前 为 止 已有 大 半 个 世 纪 ，但 只 是 在 二 十 一 世 纪 初 期 年 才 得 到 快 速 的发 展 。 中 国的锚 杆 支护 技术 从 上世 纪 50 年代 开始在 岩 石 巷 道 中使 用 ，到 了 20 世纪 60 年 代 开始 应 用 于 煤 巷 的支 护 中 ，并开 始 广 泛 的采 用 机 械 式 铺 杆 。由于 煤 巷 多数 是 平 、斜 顶 断 面 ， 顶 板 节 理 发 育 易 冒落 ，围岩稳定性 差 ，而且 铺 杆 支 护 形 式 、材 料和 设 计 部 分套 用岩 巷 铺 喷 支 护 设 计 ，致 使 许 多煤 矿 猫 杆支 护 巷 道 出现 冒顶 事 故 ，从 而 引起 了人 们 对 煤 巷 描 杆 支 护 可 靠 性 的怀 疑 ，实 际上 阻碍 了铺杆 支 护 的发 展 。 1980 年 代 我 国开始 向英 国学 习描打支 护 技 术后推 广 到煤 巷 支 护 ，随后 又 向澳 大 利 亚 学 习引进 成 _ 先进 的描 杆 支护技 术 ，改进 了树 枝猫 固材 料 ，混合 锚头 错 杆 、特 种 锚 杆 等 也 已 得 到 应 用 。十 九 世 纪 末 ，我 国从 国外 引进 了树 脂 铺 固剂 生产 技 术 ，大 大 地 提 高 了锚 固效 果 和施工质量 。但 由于所使用的铺杆体直径较小，一般是14 ①]6m rnQ 235 圆钢制作的麻 花形端头铺 固错杆 ，支护强度较 低 ，只 能在 I m 类 煤巷顶板 中使用 。虽然在这个 阶段初 1 I 辽十■ n程技术大学硕士学位论文 期提 出 了铺 杆施加 的预 紧 力 问题 和 研制 出各 种 结构 形式 的可 拉伸 错 杆 ，但 因设计 参 数 的强 度过低及支护系统不配套等原 因 ，支护效果不够理想 ，限制 了该技术 的发展和应 用 。20 世 纪 90 年代初 ，为 了加速 我 国煤巷错杆支护技术 的发展 ， “ 采准巷道错 杆支护工 艺技 术研 究 ”被列入 国家 “ 八 五 ”科技攻 关 项 目。该项 目列 入 5 个 子 项 目，其 中包 括 “ 采 准巷 道组 合 锚杆支护 技术 ”、 “ 描 杆析 架 支护技术 及 实验检 测 安装研 究 ”和 “ 采 准 巷道 围岩稳 定性 分类 与支护规 范 以及 支 护质 量 检 测仪 器 ”等 项 目。在这 些项 目研 究 的过 程 中 ，吸 收 了 国外 的先进 技术 ，釆 取 的 改进 措施 有 ① 自行 乳 制 了 “ W ”型钢 带 。② 用建 筑 螺 纹钢 杆 体 取代 普通 圆钢铺杆杆体 。③加长 了铺 固端 长度等 。在III类和 一部分IV 类 巷道 顶板条件 下 的试验 取得 了较好 的支护效果 ，初步形成 了适合我 国 I m 类采准巷道应 用 的锚杆支护 技术 。与 国外 先进 国家相 比差 距 还 很大 。其 工 作 目标 和重 点 是 总 结 国家 “ 八 五 ”科技攻 关项 目的 研究成果 ，将 I m 类 回采巷道锚杆 支护技术进 一步完善和提 高，并 向全 国推广 ，研 究重 点集 中在 IV 、 V 类 支 护 困难 的煤 巷顶 板上 。为此 ，引进 了澳 大利亚锚 奸 支 护 成 套 技 术 ，并 在邢 台矿务局东庞煤矿进 行 了演 示 。与此 同时，组织科研 院校 的科技力置 ，以邢 台矿 务局、 新纹矿 务 局 为现场试 验 点 ， 对 支 护 困难 的IV 、V 类煤 巷 描 杆支 护进 行 了较 系 统 的技 术 攻 关 。 其研究 内容主要有 锚杆支护设计方法 、施工机具 、支护材料及监测仪 器等 。现 场试 验巷 道包括 放顶 煤综采 工作 面全煤 巷 道 、破 碎 顶板煤 巷 、复合 顶板煤 巷 、沿 空 窄煤 柱巷 道 、 深 井 高应 力煤 巷 、冲 击地 压 煤 巷 等 。 1. 2. 2国外锚杆支护技术 的发展 国外 采 用 锚 杆 支 护技 术 到 现 在 为止 己有 一个 多 世 纪 的历 史 ，是 目前 煤 矿 及 其 它 地 下工 程应用最多的支护方式 。澳大利亚主要推广全长树脂描 固描打 ，并且形成 了系统 的销 杆支 护 系 统 设 计 途 径 。 由于澳大利亚和美 国具有较好 的煤层埋藏条件 ，且锚杆支护技术发展迅速 、其支 护水 平位 居世 界前列 。 目前这 两个 国家 的煤矿 巷道几 乎全 部釆 用铺 杆 支 护 。 1980 年 以前 ，西 欧和 中欧 的主要 产煤 国家主 要 采 用 金 属支 架支 护巷 道 。由于 开釆 深度 的增加和 开采条件 的复杂化使得巷道支护 越来越 困难 ，成本越来越 高。因此描杆 支护 技术 成 为 其 关 注 的支 护 方 式 。 十 九世纪 九十年 代末 ，英 国釆 矿 业 引进 了澳 大 利 亚 的铺 杆 支护 技术 ，随着 研 究 人 员对 矿 山的支撑维护理论 、支撑维护材料与矿 山工程监测相 关方面 的进 一步研 究和 优 化 ，逐步 研究 出适应英 国煤矿赋存 条件 的成熟 的铺杆支护 技术 ，于是改变 了 以前 巷道支护 的不 利形 势 ，越来 越 多的矿 区釆用煤层巷 道描杆支 护应用 技 术 。在 二十 一世 纪初 期 ，巷 道 销 杆 支 护 技 术 在 矿 井巷 道 支 护 中 占主 导地 位 ，其巷 道 断面 面 积 一 般 在12. 0-16. 2m 2 之 间 ，埋 深 在 2 辽十工程技术大学硕士学位论文  300- i000m 之 间 ，平均 幵采深度为 570m , 已远远超过 了美 国、澳大 利亚 的煤矿平均开采 深 度 。从而英 国煤矿找到 了适合本 国国情 的煤矿巷道支护技术 的发展途径 ，为煤矿 生产高产 高效 、扭 亏 增 盈起 到 了关键 的作用 。 南非 的大 部 分矿 井煤层 的顶板较 坚 硬 ，具 备 良好 的幵采 条 件 。锚杆 的 安装采 用 了不 同 的形 式 。 为 防 治 局 部 冒顶 ，岩 层 的检 测 监 控 系 统 已被 部 分矿 井 所采 用 。 在 印度 ，描 杆支 护 技术 已被大 多数 井工 矿 采 用 ，所选择 的销杆 主要 有 点锚 固锚 杆 以及 水 泥 锚 杆 。 同 时 ，在 一 些矿 井 也在 不 同程 度 上 应 用 了全 脂 错 杆 。 法 国煤 巷 描 杆支 护 发展也较 快 ， 1986 年 ，其 比重达 到 50 以上 。 经过 100 多年 以来 的发展 ，己经 形成 了多种 多样 的煤巷铺 杆支 护 的设 计方法 。国外铺 杆支 护发展较 早较快 。 目前 ，世界主要产煤 国根据 各 自的地质 条件 形成 了适合其 自身发展 的铺杆设计方法 。根据相关文献介绍 ，德 国釆用 的描杆设计方 法主要是 有 限元 、有 限差 分 法 。法 国 因其地质条件不稳定，变化大 ，因此 ，在巷道锚杆支 护设计 时主要是按前人 的经 验 来进 行 设计 。英 国和 澳大利 亚 的错 杆 设计 注 重 水平应 力 的作 用 ，根据 围岩 的力 学参 数 及 地应 力测 量数据 ，对岩体的稳定性进 行力学评估 ，釆用 了理论 与实 际相 结合 ，反复修 改完 善 的方法进行 设计 。美 国的锚杆支护设计 以现场监测信息为基 础 ，把巷 道顶板 的物理力 学 特性 与描奸支护参数 紧密结合起来 ，形成 一个通用 的方程式或 诺模 图，从而选择合理 的描 杆支 护 方 式 和 参 数 。西班牙 的铺杆支 护 设计 借助 计 算机 对现 场 资料 进 行 蹄 选 ，经过 处理 以 后 ， 为 了选 择 支 护 参 数 提 供 依 据 。 近年来，美国jennm ar 公司和西弗吉尼亚大学联合开发出一种新计算机软件，该软件 以输 入 的煤矿 生产技术参数和地质参数伟基 础 ， 经过推 理运算 ， 最终确 定合 理 的支护参数 。 1.3论 文 主要研 究 内容和技 术路 线 随着煤矿 开采深度 的增加，软岩巷道支护 问题 已成为困扰 我 国煤矿 生产建设 的重大 问 题 之 一 。因此 ，有必 要对 软岩巷道 的合理 支 护 方案 进 行研 究 。本 文 以板 石 煤 矿 为工 程 背 景 ， 综合 采 用 理 论 分析 、实验研 究 、现 场测试 和 数值 模 拟等 方法 ，进 行 了 以下几 方面进 行 了研 究 。 1 现 场 调 研 根据 对 板石煤矿 〗 1910 工作面顺槽 的观 察写实 ，结合本课 题研 究工 作 的技术 目标 ，分 析 该 矿 巷 道 围 岩 存 在 的 问题 。 2 板 石煤 矿 岩 石 巷道 围岩 物 理 力 学 性 质 测 试 辽宁工程技术大学硕士学位论文  根据 国家煤炭工业 部试验标准结合研究 内容进行现场取样 ，应用 实验 室先进仪器 设备 对岩样物 理性质 、力 学性质 、变 形性质 指标进行测定 ，为巷道支护设计方案提 供一定 的依 据 。 3 巷 道 围岩 松 动 圈测 定 完成19煤 层 部 分 巷道 围岩 松 动 圈测 定工 作 ，掌握 巷道 围岩破坏 情 况 ，为支 护 参 数 的 选 取 提 供 一 定 的依 据 。 4 矿 井地 应 力 测 量 完成 该矿井地应力测量工作 ，明确 该矿井最大主应 力方 向和大小 ，找 出地 应力对井巷 的破坏 作 用 方 向，判 断采 区巷道 布 置 的合 理 性 。 5 板 石 煤矿 工 作 面两巷 支 护 设计 通过 理论分析 、数 值模拟 、现 场观 测 实验确 定 19煤层 ]1910 工 作面 两 巷 支 护 设计理 论 和方法 ，给 出 11910 工 作面支 护技术 参 数和 设计 方案 。 6 现 场 工 业 实 验 根据 设计方案 在 板 石煤矿 1]910 工 作面顺槽进 行 100m试验 巷道 ，并进 行 巷 道 矿 压观 测 ，最 终 确 定 119 10 工 作 面顺 槽 最 佳支 护 方 案 。 本项 研 究釆 用 现 场观 测 、理 论 分析 的方法进行研 究 。如 图 1.1。 板 石 煤 矿工 作 面 两 巷 支 护 技 术 研 究i “ ■ 丨 ▼ 调研、收集资料i 现场 测 I 试与实验 I  i ,  i 一  1 ▼ 工 作 面 两 巷 初 步 支 护 方 案 设 i f j  j  rW 丨 No  ▼ m ac数 值模拟验证支护方案合理性 i I rYei“ i j   f  I实 施 实 验 巷 道 及 矿 压 观 测 I  1 [ Y \‘ ▼  [ 最 终 支 护 方 案 图 1.1 研 究 技 术 路 线 图 F ig . I. ] T echno lo gical ro ute 4 2矿 井基本概况及板 石煤矿 现场 数据测定 2.1矿 区概 况 板石 煤矿 隶 属于 吉林 省珲 春 矿 业集 团有 限责任 公 司 ， 矿 井 设计 生产 能力为 0. 9M t/a。服 务年 限为 40. 3a。该井 田西南翼主控 断层少 ， 构造相对 简单 。井 田北东翼 断层 多，构造 复杂 。 井 田工业储量 105056. 95kt，可采储量 52712. 99kt，可采煤层 11 层 ，属于缓倾斜近距离薄 及 中厚煤层群 ，都赋存在 下含煤层 段 ，其 总 的规律均有 由西 向东变薄 的趋势 ，上部煤层 比 下部煤层相对稳定，各煤层可采范 围由下至上逐渐增大，结构相对简单 ，上部煤层灰分亦 比下部煤层低 。但地质构造及水文地质较 复杂 ，煤层有发火倾 向及煤 尘爆炸危险 ，且有三 个釆 区在浑 春 河 下 开采 。 本 区各层煤种均为长焰煤 ，颜色为黑色 ，条痕为褐色 棕 色，浙青光泽 。所有可釆煤 层 其 火 焰 长度 均大 于 400m rn ， 均 有 煤尘 爆 炸 的危 险 。 各计量 煤 层平 均 原煤样着 火 点 292 C 。 在所有可采煤层 中，有 2 层煤属于不易 自燃 ，有 6 层煤属于 易 自燃 ，有 5 层煤属于很易 自 燃 。煤 的 自燃发火期 6 12 个月。煤炭 自然倾 向为 I 类 ，容 易 自然 ，煤尘爆炸指数分别 是 67. 09 、64. 66 、63. 4 1 。板 石 矿 井 正 常 涌水 量 为 294. 52m 3 / h 。 由于本矿顶底板岩石抗压强度较小且强度低胶结性差，多为泥岩和粉砂岩 ，故也为软 岩 矿 井 。 5 辽十.1 程技术大学硕士学位论文  2.2媒岩物理 力学性质指标 测定成果总表 煤 岩 物 理 力 学 性 质 指 标 测 定 成 果 见 表 2.1。 表2 .】煤 岩 物理 力 学 性 质指 标 测 定 记 录 表 T ab le2 -1 D eterm ination of coal and rock physi cal and m echanical properties i ndicators record sheet 参数 名称 ]9 煤 顶板 泥质 砂 岩〗 9 煤]9 煤 直接 底 板泥 岩 19 煤 老底细砂 岩 言 泣 度 2 5 9 912 0 12 4 6 32 5 84 d kg/m 2 2 8 612 4 0 2 3 0 0 2 4 7 1 dkg/ci n 含 水 率 6 .9 45 .6 50 .8 81 .7 6 ⑷ 1 . 78 0. 6] 3. 48 5. 1 7 R L M Pa 抗 压 强度 ‘ 2 1.0 814 .8534 .1 5 5 .0 4 R M P a 坚 丨 外性系 数 f2.1 1. 23. 45. 5 弹 性 模 “ ■ 6 .8 5 33 .4 09 .5 72 9 .3 3 E * 10M P a 泊松 比 0 .4 4 0 .1 7 0 .2 2 0 .1 8 凝 聚 力 3 .0 6 1 .5 1 5 .4 58 .4 3 C M P a 内摩擦角 ， 。 3 84 7 5 5 5 6 9。  6 辽十工程技术大学硕士学位论文  2 .3地 应 力測 量 地应力测量 （ m easurem ent of ground stresses 是指探 明地壳中各点应力状态的测量方 法 。其 原理 为 有 的利 用岩石 的应 力、应 变 关系 ，如 应力恢 复法 、应 力解 除法和钻 孔 加深 法 等 ；有 的利 用 岩 石 受 应 力 作 用 时 的物 理 效应 ，如 声 波 法 和 地 电阻率 法 等 。根据 测 量 的结 果 ，又可 分 为绝对和 相对 两种 地 应 力测 量 。用现有 测 量方法 测 出的地 应 力 中 ，不仅包 含构 造 应 力 ，还 包 含 其 他 因素 ，如 重 力 、地 热 等 引起 的 非 构造 应 力 。地 应 力 测 量 对地 质 构造 研 究 、地 震 预 报 和 矿 山、水 利 、 国防 等 工 程 中有 关 问题 的解 决 具 有 理 论 和 实 际意义 。它 是地 质力学研 究的重要 内容之一 ，通过测量发现,最大主应力 的方 向几乎都是接近 水平 的 。 板石 煤矿 地 应力测 量采用 的是 空芯包 体 的测量 方法 。 2. 3.1地 应 力测量 结果及 分析 1 地 应 力测 量 结 果 其 测 量 计 算 结 果 见 下 表 2. 2 。 表 2. 2 板 石 煤 矿 实 测地 应 力值 Tab 2. 2 M easurem ent of ground stress in B anShi m ine 主应力值 （ M Pa 地应力分量 （ o , ， T , /M Pa 最大主应力 钻孔 _ 倾 角 ,n方位角 。 编号最大 中间 最小 0、 0、 ， 0, T xv TT ■ ‘ .--  1 2 6 .5 0 13 .6 2 . 10 .4 5 1 8 .3 3 2 1.6 7 10 .5 7 6 .16 1.0 4 0 .9 ] 2 17 .4 6 -4 .9 3 2 2 6 .3 5 12 .4 9 10 .3 4 1 6 .18 2 2 .3 5 10 .6 6 6 .1 9 1 .0 9 1 .3 2 2 12 .0 0 -5 .9 2 由 以上 表 格 记 录 得 出 ，板 石 煤 矿 矿 区应 力场 为水 平 应 力 场 ，最 大 主 应 力 为 26. 5M P a， 方 向为 2 15 ，地 应 力 以构造 应 力 为 主 。 2. 3. 2地应 力对 11910 工 作 面顺 槽稳定性 的影 响 地 应 力（ 也称 原 岩应 力 ）是 天 然 存 在 的 ，是 地层 中 的未 受 工 程扰 动 的天 然 应 力 。它 的 存 在 是地 下 开挖 工 程 变 形 和破 坏 的根 本 原 因 。例 如 开 挖 巷 道 ，只 有 特 定 的地 应 力条 件 下 ， 才 能合 理 确 定巷 道 的横 截 面 的形 状 ，和 配 套 的支 护方 法 。 1 原 岩 应 力 与巷 道 围岩 应 力 的 关 系 7 辽宁工程技术大学硕士学位论文  原 岩 应 力 与 巷 道 围岩 应 力 的关 系 见 图 2.1。 巷道围 声B 春的 歡 ji i r夢 公4 - p i 一 T - {q 71 - 4 3 cos20 h- a r - P 0 Y- - j- p 0 cos2e r ,- p-q \ 2 -3 s m2e ‘ 2 r r 式 中 一 B 点 处 的直 径 方 向的应 力 ，M P a; B 点 处 的切 线 方 向的应 力 ，M P a; 一 B 点 处 的剪 切 应 力 ，M P a; P 巷 道 周 围岩 体 上 的垂直 应 力 ，M Pa; g 巷道 周 围岩 体上 的水平 应力 ，M Pa; B 点 到 巷 道 中心径 向 的距离 ，m ; 一 巷 道 的 半 径 ，m ; 0 一B 点与水平面之间的夹角，度。 〒 入 , \ y , ,\ ,丁 7 「 - P I  i i t IH \ - - o  . . .. -/ z  , 、 \ 1 “广. . . . 3 \ f n  3.、 . 、 . . /I  _ - 二 一 二 Q . _f M  “ 、 / - JJJII i 姜 I - ; P 图 2 .]巷 道 周 围岩 体 应 力 状 态 图 F ig 2 .1 T unnel surrounding rock stress state diagram 从 上 面 的 等 式 可 知 各 个 方 向上 的应 力 分 量 与 巷道 的大 小 没有 任 何 关 系 。 因 为 〃始终 与 「 之 间 是 无 量 纲 值 的。各应力分量和材料的弹性模量 （ E 与泊松比P 值没有任何关系。所以未经扰动的地 应 力 对 巷 道 周 围岩 体 应 力 影 响较 大 。 2 原 始地 应 力 对 巷 道 断 面 形状 的作 用 8 辽宁工程技术大学硕士学位论文  稳 定性 条 件 的岩 体 中幵掘 的巷道 周 围岩 体 受到均匀 的压 力 ，故巷道 断面形 状 的设计 应 该基于应 力分布 。巷道 断面为椭 圆形 时 ，应 与巷道水平轴尺寸和垂直轴 的 比例和水平应 力 与垂直应 力 的 比值 近 似 一致 。巷 道 的长轴方 向和 最 大压力 的方 向近 似 一 致 ，在 这 种情 况 下 可 以确 保 巷 道 周 围 中产 生环 形 导 压 圈 。如 下 图 2 . 2 所 示 。 3 原 始 地 应 力 对 巷 道 的开 掘 位 置 和 支 护 形 式 的作用 通 常 条件 下 ，地 下 的任 何位 置最 大 主应 力方 向绝大部 分 为近 水平方 向。产 生这 种现 象 是 因 为 构 造 应 力 的作 用 ，巷 道 周 围岩 体 受 到 最大 主 应 力 的影 响 ，如 下 图 2. 3 所 示 。 当最 大 的主应 力 的作用 方 向垂直 于巷道 掘进 方 向时 ，巷道 两帮移近 量较 大 。顶 板 受最 大 主应 力 的影 响而 垮 落 ，底板 受最大 主应 力 的影 响而产生底 板 向巷道 内部 凸起 ，所 以巷 道 受到 的矿压显现剧烈 。当最大 的主应 力 的作用方 向平行于巷道掘进方 向时，巷 道变形较稳 定 ，矿压显现 不剧 烈 。所 以在确定巷道 的位 置时 ，最好 的方案是使巷道 的走 向和最大主应 力 的方 向平 行 。否 则 ，巷道 维护较 困难 ，要 想维 护巷道 的稳 定 ，需增 加 支护成 本 。 P I P a “ 一\ ““ Iff f a r f -. 、 ， i - ；  I 1 “ . . 一 q - ■ ‘ 1 ‘ 丨. - c| q     i ■ I *  q ri 一 ； L  一 、 、 、 、i . f、 I / b 欠 ... . t 、 、 \ \ , 夕 m  一 H 1 i 1 i i i i k i P P p C ] 时p ￠ - 2/歡 、 \ . 々 x X nZ 每 i5 1 - / } r\ 4 Vj H - A \/ V \ \\ , \\ s \  g. ■g/ i i ix \\ - 、 丨、 、 , . 3 ‘/1. / \ li t. 4XW w \ 、 k ， . 目 /  參 \ i \\ \\ a / / I恳. \ 、 . i - “ / I 導 觀 \\ \ I 令 \ .  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