第一讲 矿山压力绪论.ppt

主要讲授内容第一讲绪论第二讲长壁工作面矿压显现规律第三讲放顶煤工作面矿压显现规律第四讲大采高工作面矿压显现规律第五讲采准巷道矿压显现规律第六讲回采巷道矿压显现规律第七讲煤巷锚杆支护技术第八讲软岩巷道支护技术,主要参考资料1钱鸣高主编矿山压力与控制2林韵梅编著实验岩石力学3钱鸣高编著中国煤矿采场围岩控制4陆士良等编著中国煤矿巷道围岩控制5陈炎光等编著中国煤矿高产高效技术6徐永圻等编著采矿学7靳钟铭著放顶煤开采理论与技术,第一讲绪论,矿山压力由于在地下煤岩体中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上引起的力，就叫做“矿山压力”。,矿山压力显现在矿山压力作用下，使围岩、煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象，如顶板下沉、底板臌起、巷道断面缩小、岩体破坏甚至大面积冒落、支架变形或损坏、以及岩层移动和地表塌陷等，统称为“矿山压力显现”,一、几个基本概念,矿山压力的基本概念,矿山压力显现,基本顶断裂成岩块后的转动,初次来压随着工作面推进还可能形成四、五不同数量岩块的咬合平衡，直到岩块间的咬合关系不能满足平衡关系为止。此时，老顶的失稳将对工作面带来严重的矿山压力显现，甚至危及生产和人身安全，形成老顶的初次来压。,初次来压特征基本顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时，基本顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。基本顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支架加强回采工作空间的支护。,初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是来压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强度大、来压步距大。,老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大。但煤壁内的支承压力却达到了这种情况下的最大值。所以，煤帮的变形与塌落（片帮），常常是预示工作面顶板来压的一个重要标志。（来压预兆）周期来压随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构，将始终经历“稳定-失稳-再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压。这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。周期来压的主要表现形式是顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。如果支柱参数选择不合适或者单体支柱稳定性较差，则可能导致局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故。,基本顶,直接顶,煤层,,采矿开挖空洞,,顶板岩石下沉变形、破坏，支护不当将产生事故,,采煤作业时的顶板管理方式,二、矿山压力研究方法,相似材料模拟法,模拟实验是室内用人工材料做成模型，通过采动或其它方式处理模型，并测定其应力、应变等参数，直观地认识实体发生的矿压显现及规律的方法，分析所发生事故的机理与原因。自五十年代以后，这一方法得到了广泛应用。,（1）相似理论基础,欲使模型与实体相似，必须满足各对应量成一定比例关系及各对应量所组成的数学物理方程相同。具体说来，要保证模型和实体下列三方面相似,（1）几何相似要求模型与实体几何形状相似。因此，要求长度比为常数，即,（2）运动相似要求模型与实体所有各对应点的运动情况相似。即要求各对应点的速度、加速度、运动时间等都成一定比例。因此，要求时间比为常数，即。,（3）动力相似要求模型与实体的所有作用力都相似。矿山压力要求容重比为常数，即,由、、，依各对应量间所组成的物理方程式，还可能推得位移、应变、应力等其它比例关系，例如应力比为,（2）相似材料模型试验,三维模拟试验台,模拟放顶煤开采时上覆岩层破坏情况,数值模拟法,计算力学模型,2离散元方法（DEM）,顶板事故的产生,原岩应力重新分布,采掘过程中支护不及时,支架强度不足,顶板事故,,矿山压力控制,避免顶板事故，保证采掘作业安全,,,,三、矿山压力研究情况,1、对矿山压力的早期认识阶段,我国是世界上采矿最早的国家之一，有文字可考的采矿始于商代（公元前1611世纪）。春秋至南北朝（公元前770200年）采矿技术已有全面发展，竖井可达5060m，断面1.42.0m2,平巷高度1.51.8m,开始使用框式支架，说明已认识到矿压的危害及需加以控制。随着采矿规模日益扩大，经常出现矿井内顶板冒顶、巷道堵塞或地表塌陷等事故，迫使人们重视和研究矿压问题。欧洲国家对矿压的认识大约始于15世纪，1487年在欧洲出现了“防止采矿工作破坏地表的协定”,4、矿压研究的近代发展阶段（1960’s）,5、矿压研究与岩石力学的关系,我国矿山压力研究情况,煤矿的五大灾害,瓦斯、火、粉尘、水、顶板,1979年在中国矿大成立了煤炭工业矿山压力情报中心站站长平寿康，钱鸣高。下设8个分站,,综采矿压分站煤科总院开采所史元伟单体支柱分站山东矿院宋振骐井巷地压分站西安矿院石平伍矿压仪表分站西安煤矿仪器厂朱安久冲击地压分站煤科总院开采所康立军矿山支护与设备分站北京煤矿机械厂赵宏珠软岩工程分站中矿大北京何满潮放顶煤矿压分站中矿大北京王家臣,,通风与安全,,四、采场围岩控制发展概况采场围岩控制就是要通过改进采煤方法、支护手段、采空区处理及其它综合措施，促使采场围岩形成可控的、有序的移动，以保证安全生产。煤矿井工开采时，采场围岩控制直接影响生产能否顺利进行和获得更高的经济效益，是采煤工程的关键技术之一。我国地域辽阔，煤层赋存条件多种多样，决定了采场围岩控制的艰巨性和复杂性。尽管我国煤炭开采历史悠久，但只是在新中国成立后，随着煤炭工业飞速发展，才逐步形成了具有中国特色的采场围岩控制理论和技术。,（一）、中国煤矿采场围岩控制主要发展阶段据记载，我国唐、宋年间即进行井工开采，当时开采规模极小，且采掘不分，以掘代采。至新中国成立之前，才形成穿硐式、高落式、残柱式等非正规的采煤方法。采场围岩控制主要是留设煤柱以支撑顶板，或在部分地段采用木柱以支撑顶板，煤炭开采资源损失率高达70％～80％以上，矿工的劳动条件非常恶劣，煤矿的安全状况极差，伤亡事故严重。新中国成立后，大力推行了长壁体系的新采煤方法，促进了煤炭生产的正规化，不断更新了采煤工作面技术装备，加强了生产管理，采场围岩控制也随之逐步形成为一门具有丰富内涵的采矿科学分支，其发展大致经历了三个阶段。,1．以应用木柱支护和推行长壁开采为主的采场固岩控制阶段1950年，燃料工业部在全国煤矿会议上作出了国营煤矿推行生产方法改革和安全生产的决议，并要求从采煤方法着手，把落后的穿硐式、高落式、残柱式等旧采煤方法改变为新的长壁式采煤方法。应用这种采煤方法，形成了较大范围的矩形采场，必须以相应的采场围岩控制技术作为保证，才能在安全的条件下进行煤炭生产。在当时条件下，采煤工作面采用木支柱和木垛来加强对顶板的支护。此时为了保证工作面不受老顶来压的剧烈影响，采取了相应的采空区处理技术，如全部垮落、局部垮落、局部充填、全部充填和缓慢下沉等采空区处理方法。其中应用较广的是全部垮落法，其它方法只在特定条件下得到一定程度的应用。放顶时则根据不同顶板采用丛柱、双排木柱密集加强支护，以控制工作面的来压。,这一阶段，人们对采场围岩控制有了初步的认识。为寻求合理的支护方式及采空区处理方法，了解全部垮落法工作面顶板来压规律，开展了采场围岩控制实验室和理论研究工作，制订了有关煤、岩物理力学试验方面的规程和测定方法。利用“压力拱”假说，解释采场前后的支承压力分布规律，利用顶板的“悬臂梁”假说，提出将控顶区外的顶板切断，促使其垮落，以改善工作面顶板状况，减少支架受力的做法。,在厚及特厚煤层推行下行分层全部垮落法开采。应用木板假顶、竹笆假顶、荆笆假顶、金属网假顶配合木支护进行采场围岩控制。对顶板冒落后又能重新压实且具有胶结能力的采场则形成再生顶板以提高围岩稳定性。少数矿区采用上行分层水砂充填采煤法，利用充填控制顶板。鉴于木支护本身的力学性能并不能适应工作面顶板的运动规律，大量的木支柱在顶板压力下折损，煤矿的坑木消耗急剧上升，全国直供煤矿的万吨坑木消耗由1953年的253m3上升到1956年的265m3，而且木支护支撑能力小，可靠性差，顶板事故较频繁，不能满足煤炭生产迅速发展的需要。,2．以推广金属摩挎支柱支护和进行矿压观测为主的采场围岩控制阶段1954年开始了以摩擦式金属支柱取代木支柱的研究。60年代初开始推广摩擦式金属支柱配合金属铰接顶梁进行采场围岩控制。为了改善支柱性能，我国自行研制了微增阻摩擦式金属支柱，随之加以推广。并在100多个工作面利用压力盒和测杆，进行了采场矿山压力的观测和相应的实验室测试及数值分析。为推广使用摩擦式金属支柱作了充分准备。通过观测发现在一般条件下，支架的最大工作阻力并不是在最后一排，因此，推行了无排柱放顶。,这一阶段，人们对采场围岩控制有了相当的认识，掌握了摩擦式金属支柱工作面矿山压力显现规律。以及对支架的工作状态分为“给定变形”及“给定载荷”等概念，在实验室及生产实践中证明了支撑力与顶板下沉量呈双曲线的规律。为合理确定采煤工作面摩擦式金属支柱和铰接顶梁的支护参数在理论上奠定了基础。与此同时，西山矿务局白家庄矿开展了顶板来压的预报工作，为更有效地进行采场围岩控制开辟了新的途径。,60年代中期，在急倾斜煤层试验成功了伪斜柔性掩护支架开采，利用柔性掩护支架将工作面与采空区隔离开，避免采空区的松散岩石窜入，保证足够的工作空间和生产的安全。这种采煤法在一些急倾斜煤层推广应用，改善了急倾斜煤层的采场围岩控制。,摩擦式金属支柱与木支柱相比，整体承载能力较高，能较好地适应工作面顶板运动，特别是在机采工作面能及时支护采煤机截割后悬露的顶板，使可弯曲刮板输送机能及时推移到合适位置。有利于采场围岩控制。摩擦式支柱的应用，还使煤矿的坑木消耗大幅度下降，煤炭工业部直供煤矿万吨坑木消耗由1956年的265m3下降到1973年的137m3。但是，摩擦式金属支柱初撑力很低，需要依靠升柱器才能获得10～20kN的初撑力，整体上属于待压支柱，不能有效地防止顶板的大规模离层。更加上单体支柱本身的不稳定性，摩擦支柱工作面易于出现局部冒顶，甚至发生推垮型的顶板事故，影响安全生产。,3．以提高支护装备水平和加强生产技术管理为主的采场围岩控制阶段70年代初，为了进一步发展煤炭生产和加强采场围岩控制，我国先后于1974年和1978年分别从英国和原联邦德国等引进了150多套综采设备，并组织了大规模的自移液压支架的研制和技术攻关，推行综合机械化采煤。同时，针对我国煤矿地质条件复杂，各地区经济技术发展不平衡，不可能在所有的采煤工作面都使用液压支架，因而用单体液压支柱替代摩擦式金属支柱和木支柱。在研制、试验、使用和推广液压支架和单体液压支柱的过程中，进行了比其它国家规模大得多的采场矿山压力显现现场观测和实验测定研究工作，至今已对近千个各类工作面进行了实际测定，获得了大量数据，为推广单体液压支柱，研制各类液压支架，确定支护参数以及提出全面的采场围岩控制技术奠定了基础。,这一阶段，人们对采场围岩控制有了较深入的认识，采场围岩控制技术有了很大发展，采煤工作面的安全状况有了根本改善。如（1）创造性地提出并开展了工作面支护质量和顶板动态监测，及时掌握工作面支护状况和顶板动态，保证工程质量，减少了事故隐患；（2）在炮采工作面推行毫秒爆破技术，以减少放炮对顶板的震动；（3）在机采面减少采煤机截深，以减少顶板的暴露面积和时间；（4）在坚硬顶板工作面，采用超前打眼放炮松动爆破或高压注水软化处理，实现了长壁垮落法安全开采；（5）在开采具有冲击地压倾向煤层时，利用各种防范和解危措施，基本保证丁采场围岩的稳定性；（6）在薄煤层工作面试用了气垛支架；（7）此外还通过改变开采程序和工作面布置减少了采场围岩的应力集中和地质构造的不良影响。,同时，在研制、试验、使用和推广液压支架和单体液压支柱以及发展其它配套围岩控制措施的过程中，又对近干个各类工作面进行了实际测定，获得了大量数据，为了配合液压支架架型及支护参数的选择，进行了开采后上覆岩层活动规律的测定工作。在此测定基础上，提出了“砌体梁”力学模型，形成了对采场矿山压力显现规律的全面假说，并发展了“传递岩梁”假说。除此还专门对液压支架的端面冒顶机理进行了研究，全面地改进了顶板管理。通过上述一系列工作，使我国在顶板控制理论与技术上与世界先进采煤技术国家接轨，并形成特色。,急倾斜煤层采场围岩控制有了很大突破，急倾斜特厚层的放顶煤开采、薄及中厚煤层的伪俯斜走向长壁开采，极大地改善了急倾斜煤层采场围岩状况，有力地提高了围岩控制效果。自移液压支架和单体液压支柱的初撑力和工作阻力大，而且是恒阻均匀承压，此外液压支架与顶板是面接触，并能通过前探梁及时支撑刚暴露的顶板，能较有效的防止复合顶板的离层，支护效果较好。自移液压支架和单体液压支柱的推广应用，并配合采煤方法改革和采空区处理技术完善，促使我国采场围岩控制发生了质的变化，大幅度减少了采场片帮和冒顶事故，为煤炭生产的顺利进行创造了条件。,（二）、采场围岩控制的主要技术成果我国的采场围岩控制水平随着生产规模的扩大和科技进步提高很快。采场围岩控制已逐步由被动走向主动，由经验走向科学，由定性走向定量。特别是自1985年来，煤炭部每年组织召开的煤矿顶板管理专业会议，总结交流顶板管理经验和矿山压力科研成果，推广应用采场围岩控制的新技术、新工艺、新材料，有力地推动了采场围岩控制技术的发展，取得了显著成果。,1产生了适合我国煤层地质条件的顶底板分类方案为了适应综采及单体液压支柱支护发展的需要，在分析大量采场矿山压力实测资料和生产经验的基础上，通过实验室测试和理论分析，对采煤工作面的直接顶、基本顶和底板进行了分类、分级，先后提出了缓倾斜煤层回采工作面的顶板分类方案及缓倾斜煤层工作面底板分类方案。通过研究不同条件直接顶和基本顶的破坏及其对采场支护的影响，已能有效地预测采场顶板下沉量，估算采场顶板压力，选择采场支架架型，确定合理的支架初撑力、工作阻力等支护参数。,2.提出了全面的单体支柱工作面顶板控制和事故防治原理及技术单体支柱采煤工作面在我国占相当大的比重，为了改善围岩控制，经过大量的现场测定，并研究了各类采场顶板形成事故的条件和单体支柱可能的工作状态，初撑力、工作阻力、控顶距离、支护密度及支护刚度等参数对采场围岩控制的影响，提出了相应的单体支柱工作面的顶板控制原理和合理控制顶板的方法，例如，如何选择参数以防止压垮型、漏冒型及推垮型顶板事故，形成了一整套的科学管理方法，使我国单体支柱工作面的安全状况发生了根本的好转。为了提高单体支柱采煤工作面顶板控制的技术水平，从80年代开始发展了配套的检测手段，使采场支柱的初撑力普遍提高，发挥了液压支柱均匀恒阻，支、撤速度快，可远距离回柱等优点。,3．解决了坚硬顶板采煤工作面的围岩控制问题采空区大面积悬露的坚硬顶板发生区域性冒落，会严重威胁煤矿生产安全。我国经过调查研究，对坚硬顶板进行高压注水或超前工作面对顶板进行深孔松动爆破，使岩体压裂或弱化，并配合新研制的高工作阻力、大流量安全阀和抗垮落岩石冲击的支撑掩护式液压支架，成功地实现了在坚硬顶板条件下的综合机械化采煤，采用全部垮落法管理顶板，使坚硬顶板采场围岩控制实现了技术突破，达到了国际先进水平。,4．形成了具有我国特色的对有冲击倾向煤层的围岩控制技术冲击地压是煤矿的重大自然灾害之一。其类型多样，发生条件复杂。我国经过多年的研究和实践，提出了能综合评判煤的冲击倾向的指标和方法。并在理论分析和实验室研究的基础上，提出了强度、能量和冲击倾向联合理论及变形失稳理论，用以解释部分冲击地压现象，为预测和防治工作提供了定性的论据。同时，掌握了煤粉钻孔鉴别冲击危险的方法，采用计算机技术的地音微震监测系统已达到实用阶段，发展了各种形式的冲击地压防范与解危措施。1987年颁布了第一个冲击地压煤层安全开采暂行规定，基本保证了开采具有冲击地压倾向煤层采场围岩的稳定性，冲击地压的预测技术已跨入了世界先进行列。,5．掌握了破碎顶板工作面围岩控制技术松软破碎顶板、断层带、陷落柱等特殊条件，常造成采煤工作面局部冒顶、煤壁片帮、支架工作状况恶化。试验和实践表明，保证支架合理的初撑力，采用铺网护顶，改造液压支架顶梁端部结构，利用伸缩梁、折叠梁等，能提高顶板稳定性。对于地质构造造成顶板严重破碎和煤壁极不稳定的局部地段，实行擦顶移架及采用可截割的木、竹杆体的粘结式锚杆对顶板或煤壁进行锚固，或采用化学浆液注浆固化技术，均有利于采场围岩控制。,6.放顶煤工作面围岩控制技术取得重要进展我国研制出近20种放顶煤液压支架，并对放顶煤工作面矿压显现规律、顶煤破碎规律、顶煤冒放性、支架围岩关系进行了深入的研究，对安全、高效生产起到了重要指导作用。我国在放顶煤支架架型、结构功能、参数、理论研究及使用效果方面居国际领先水平。综放生产工艺技术研究取得了实质进展，初步解决了有夹矸、顶煤硬等特殊情况下的综放技术难题，进一步提高了采出率。,7．发展了矿山压力理论60年代，我国曾对100多个单体支柱的采煤工作面进行重点矿山压力观测，80年代又对100多个矿井的矿山压力进行观测，积累了大量的实测数据和资料，对煤矿各种类型的直接顶和老顶的矿压显现规律有了深入了解。与此同时，进行了大量的实验室研究和理论分析。先后提出了“砌体梁”、“传递岩梁”和“岩板”等假说。这对完善采场支架的性能，预防各类顶板事故，支架选型，参数选择及顶板来压的预测预报都起到了指导作用。,8．开展了支护质量与顶板动态监测为了充分发挥和有效利用单体支柱及液压支架支护的设计效能，开展了支护质量与顶板动态监测。即对井下支护质量进行系统的矿压观测，查明支护中的薄弱环节和顶板不安全因素，利用计算机技术形成专家系统，并迅速采取相应对策进行整改，保证支护质量，极大地改善了顶板状态，消除顶板事故于未然。,9.实现了矿压观测和实验室测试技术的初步现代化我国自行研制了可用于不同条件的多种类型的矿压测试仪器仪表和设备，包括用于液压支架、单体液压支柱和锚喷支护质量控制的系列仪器仪表，其中许多是多功能、微型和利用微电脑技术的高性能的仪器仪表。有的仪器仪表还综合利用了声学、光学、磁学等多种科学技术。观测方法也从人工就地读值，逐步发展到遥测和自动监测，利用计算机进行数据的采集、处理和分析。另外，对高产高效综采工作面集采矿科技、计算机软件和现代微电子技术于一体的支架一围岩保障系统进行了大量研究。,实验室的测试技术也有很大进步，可利用相似材料模型进行采场矿山压力和围岩控制、采场上覆岩层运动规律、液压支架与围岩相互作用、放顶煤开采顶煤活动机理、急倾斜煤层底板破坏特征等方面的研究，取得许多有价值的成果。从70年代开始，相继建立了大型液压支架试验台、单体液压支柱试验装置及相应的测试、数据采集、处理和分析的多功能测试仪器仪表和设备。,（三）、采场围岩控制的研究和发展方向通过研制和改进测试仪器、完善监测手段、掌握不同条件下的矿山压力显现规律，并据此研究、改进控制的手段和方法，采取恰当的技术与安全措施，实现矿山压力的适时有效控制，仍将是采场围岩控制的发展方向。结合矿山压力控制实际问题，借助现代数学、力学、实验和计算机技术等的理论方法及模拟与试验手段，研究矿山压力发生、发展的机理及其控制原则，建立针对不同条件和问题、具有不同力学性质及科学解释的各别专项原理，并由它们所组成的矿山压力与控制的理论体系，是矿山压力理论研究的重要内容。,1进一步完善采场围岩控制理论以科学合理、优化高效的岩层控制技术来保证开采活动的安全、高效、低成本为目标，深入总结我国几十年的矿山压力研究成果，以理论分析解析法、现代数学力学统计分析预测、数值法和实测法相结合运用先进的计算机技术，深入研究各种煤层地质及开采条件，如急倾斜、大采高、大采深采场矿山压力显现规律及围岩破坏与平衡机理，不断完善采场围岩控制技术。,2研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术低成本岩层控制技术目前，由于应用高压注水，深孔预裂爆破处理坚硬顶板和应用化学加固技术存在下艺复杂，成本高的问题，因而需进一步研究开发新技术、新工艺，新材料来解决这些问题。,3放顶煤开采岩层和支架围岩相互作用机理研究研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶煤破碎机理、支架、直接顶基本顶相互作用关系；运用离散元等方法研究顶煤放落规律，提出放煤优化准则和提高顶煤回收率的途径。,4支护质量与顶板动态监测技术在总结缓倾斜中厚长壁工作面开展支护质量与顶板动态监测外，进一步在坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤工作面开展支护质量与顶板动态监测，同时应不断完善现有的监测技术，发展智能化监测系统，改进监测仪表，使监测仪表向直观、轻便、小型化方向发展。对于高产高效工作面高速推进过程中支架一围岩关系新特征及大采高液压支架稳定性、放顶煤矿压显现等问题尚需进一步系统深入的研究，还需要进行支架一围岩监控指标体系的分类确定与智能软件版本升级换代、支架液压信息采集系统的改进工作和液压系统泄漏故障诊断仪器的研制工作。。,5冲击矿压的预测和防治通过计算机模拟研究冲击性矿压显现发生的机理；进一步完善冲击性矿压显现监测系统，发展遥控测量和预报技术，完善冲击性矿压综合防治措施的优化选择专家系统。,6研究开发新型的支护设备完善液压支架性能和快速移架系统，开发耐炮崩、轻型化单体液压支柱。,五、巷道围岩控制发展概况我国煤炭资源丰富，成煤时期多，由于埋藏深度大，软岩分布广，以及大多数巷道经受采动的强烈影响，所以煤矿巷道的围岩控制要比一般地下工程困难。我国煤矿巷道不仅要花费巨额的开掘和维护费用，而且巷道围岩控制直接影响井下的生产和安全，是煤炭工业生产建设中的重大问题。,（一）、巷道围岩控制的主要发展阶段巷道围岩控制的基本目的和任务在于提高巷道的稳定性，围岩应力、围岩性质和围岩支护是决定巷道稳定性的基本因素。巷道的布置、保护、卸压及支护是围岩控制的基本手段。巷道围岩控制随着煤炭生产的发展，科学技术的进步，已逐步趋向完善，其发展过程可分为三个阶段。,l、煤柱护巷和刚性支护为特征的巷道围岩控制阶段50年代新中国建立初期，随着采煤方法改革，长壁式采煤体系的形成，我国煤矿的巷道围岩控制技术也得到相应发展。但是限于对矿山压力规律的认识和技术水平，在巷道布置方面比较单一，不论煤层厚薄，采准巷道都布置在煤层内，无论是采准巷道和矿井的主要巷道都采用煤柱护巷。煤柱护巷的主要缺点是不仅造成煤炭资源的呆滞和损失，而且引起应力集中，煤柱破坏后带来井下自然发火的威胁。在巷道支护方面只限于刚性支架，采准巷道通常都使用梯形木材支架，矿井主要巷道大都使用料石砌碹。尤其是煤柱护巷的厚煤层巷道，由于支架的承载能力小和支护性能差，即使当时矿井的开采深度都比较浅，巷道断面比较小，巷道受采动影响后，支架都遭严重破坏，巷道维护十分困难，直接影响到矿井生产的顺利进行。煤炭工业的发展，迫切要求加强对巷道矿压的研究及围岩控制技术的开发。,2、改革巷道布置及发展金属支架为特征的巷道围岩控制阶段60年代～70年代从60年代初，我国就较深入研究开采引起的围岩应力重新分布的客观规律，将巷道布置在应力降低区或稳定的岩层内，以减轻或避免回采引起的支承压力的强烈影响。经过井下的长期测试，系统地阐明了巷道采动期间的矿压规律，深刻揭示了巷道布置与矿压显现之间的内在联系，为巷道布置改革提供了科学依据。在这个时期，对开采量很大的缓斜和倾斜厚煤层的巷道布置进行了重大变革，由单一的厚煤层集中巷道布置方式演变为适用于不同地质开采条件的厚煤层分采分掘，以及回采工作面在底板岩巷或邻近煤层巷道上方跨越开采等多种巷道布置方式，使护巷煤柱损失和巷道维修费用都大幅度下降。与此同时，以矿用工字钢为主的刚性支架及U型钢可缩性支架迅速发展，取代了木材支架。支架的承载能力和支护强度以及支护性能都得到了明显改善。巷道布置的改革及金属支架的广泛使用，使煤矿巷道的维护状况发生显著变化。围岩控制技术的进步，有效地促进了煤炭生产的发展。,3．利用围岩自稳能力和采用先进支护技术为特征的巷道围岩控制阶段80年代以来煤矿巷道不沿用煤柱护巷，而采用跨采和沿采空区布置巷道，充分利用围岩的自稳能力，是巷道布置和护巷方式的一项重大改革。80年代初，跨巷开采及沿空掘巷在全国范围内各类煤层中得到推广。沿空留巷在采高较小的煤层中得到普遍应用，巷旁充填技术也取得新的进展，使巷道维护得到很大改善，护巷煤柱损失大幅度下降。与此同时，锚杆支护在煤矿各类巷道中得到广泛应用。我国重点煤矿1992年各类锚杆支护在籍巷道总长度已占巷道总量的40％，锚喷支护已大量取代传统的碹体而成为煤矿基本巷道支护的主要形式，在采动巷道中锚杆支护经过试验也取得很大进展。锚杆支护及无煤柱护巷的推广和完善使我国煤矿巷道围岩控制技术达到新的水平，是80年代以来巷道围岩控制的重大成就，对提高煤矿经济效益产生巨大的作用。,近10多年来软岩巷道支护攻关取得了新的进展。为了使各类支护能适应深井、采动、软岩及大断面巷道的要求，进行了U型钢支架壁后充填、锚注支护、矿工钢支架可缩结构以及各种联合支护的试验研究，都取得了较大的进展。经过长期的科学试验和生产实践，我国煤矿巷道围岩控制已由过去的单纯凭借经验逐步转化为立足于科学实践，形成了包含巷道布置、护巷方法、围岩卸压及巷道支护等内容丰富的完整体系，有力地推动了煤炭工业的发展。,（二）、巷道围岩控制技术的主要成就近10多年来，我国煤炭系统广大学者和工程技术人员围绕改进巷道布置和维护，开展矿井支护改革等，在巷道围岩控制的工程实践中进行了富有成效的工作，取得了许多重要成果，产生了巨大的社会效益和经济效益。,1、掌握巷道矿压规律推进巷道布置改革为了完善巷道布置和护巷方法，我国对巷道受采动影响期间的围岩应力及矿压显现规律进行了长期的研究和井下测试，查明了巷道围岩性质、开采深度、巷道位置、周围采动状况以及支护强度等对巷道矿压显现的影响。掌握了巷道掘进阶段围岩变形随时间和空间而变化的规律及其流变过程；巷道受采动影响的全过程中不同矿压影响阶段的巷道围岩移动规律以及多煤层、多巷道在采动影响下，巷道的围岩应力分布及围岩变形的变化规律。掌握这些规律对正确选择巷道位置、改进护巷方法、确定合理煤柱尺寸、选择合理支护形式以及推行无煤柱护巷，对改善巷道围岩控制起到了十分重要的作用。在采准巷道矿压理论指导下，我国煤矿形成了完善的厚煤层倾斜分层采煤法的巷道布置方式，回采工作面在底板岩巷和邻近煤层上方跨采的巷道布置系统，煤层群巷道的合理布置以及开拓部署方式。,2、推进无煤柱护巷技术近10多年来，无煤柱护巷在我国得到迅速发展。通过对沿空巷道一侧煤柱边缘带的应力重新分布和支架与围岩关系的研究，以及无煤柱护巷矿压显现的大量测试，掌握了无煤柱护巷的机理，沿采空区边缘掘巷和留巷的矿压规律，它们的围岩变形特征和变形量与回采的时间和空间位置的关系，与顶板岩层性质、煤层开采厚度、巷道宽度以及支护强度之间的关系，为发展和完善无煤柱护巷起到重要的指导作用。沿空留巷在降低巷道掘进率和改善采掘接替等方面比沿空掘巷具有更大的优越性，但由于沿空留巷受到二次采动影响，围岩累计变形量大，对巷道支护提出了更高要求。为了改善沿空留巷的维护，研究了沿空留巷的力学模型，进行了巷旁支护设计，并在借鉴国外经验的基础上自行开发了高水速凝巷旁充填材料，在发展整体浇注式巷旁充填技术方面取得了新的进展，为沿空留巷的进一步扩大应用开辟了广阔前景。,同时，对煤矿多年来采用的留煤柱护巷的传统方法，根据井下实测和研究，得出了各种巷道在不同的开采深度、围岩性质、采动状况及服务年限等条件下，巷道围岩变形量与护巷煤柱宽度的关系，为选择护巷煤柱的合理宽度提供了比较实用的方法。,3．运用卸压护巷方法在我国煤炭总量中厚煤层和煤层群开采量占很大比重，这类煤层中较广泛地利用上方采煤工作面跨越底板岩巷和相邻煤巷开采进行卸压，在改善巷道维护和减少煤柱损失方面取得了显著效果。经过多年实践已掌握跨采巷道的矿压显现规律，查明了被跨巷道的稳定性与上方煤层采动引起的支承应力大小，巷道至上方煤层的垂距及上方承载煤柱的水平距离，以及围岩性质之间的关系。此外，通过在巷道围岩中开槽切缝和钻孔，以及在巷道附近岩体中开挖巷硐等，改变围岩应力状况，对巷道进行卸压试验，取得了定效果。实践表明，对软岩巷道和深井巷道，这种卸压方法是一种颇有应用前途的护巷技术。,4．掌握巷道支架与固岩关系经过测试，得出巷道支护阻力与围岩变形之间的反变关系，在各种围岩条件下支护强度对控制围岩的作用，在以变形压力为主的岩体中，在岩体能保持自稳的条件下，允许巷道围岩产生一定的变形量。为了适应煤矿巷道复杂多变的围岩压力和变形特征，研究了支架的合理性能和结构形式，使巷道支架既能有效地抑制围岩变形，又能与围岩变形比较协调，对减少支架损坏和改善巷道维护取得了显著效果。为了使我国煤矿巷道支护工作标准化和规范化，建立了缓倾斜、倾斜煤层回采巷道围岩稳定性分类，为合理选择各类巷道的支护及其参数提供了科学依据。,5．研制适应不同条件的巷道金属支架架型为了满足综采工作面加大采准巷道断面及软岩巷道的需要，改善了U型钢的断面设计和材质，研制了适用于不同条件的架型，完善了辅助配套设施，发展了支架壁后充填，使U型钢可缩性支架的承载能力、支护强度和支护效果得到明显提高。结合我国煤矿特点发展的以矿用工字钢为主的各种平顶型可缩支架，具有单向或双向可缩性、掘进时无需破顶、巷道断面利用率高、制造比较容易，可以简化巷道与工作面连接处的支护等优点。,6．发展锚喷支护锚杆与混凝土喷层组成的锚喷支护是我国煤矿基本巷道永久支护的主要形式之一。与传统的整体混凝土碹和料石碹相比，锚喷支护能及时封闭围岩，加快工程进度，减少巷道开挖量，节约支护材料和降低成本等效果十分显著。,7发展锚杆支护技术近年来，经过“九五”行业科技攻关和引进消化国际先进技术，我国的锚杆支护技术，特别是煤巷锚杆支护技术取得了长足的进步，上了一个很大的台阶，达到了国际先进水平。锚杆杆体材料由低强度发展到高强度、超高强度由竹材、木材、树脂材料、普通炭素钢材，发展到高强度钢，超高强度钢；由圆形杆体发展到专用的无纵筋左旋螺纹杆体；杆体直径由8mm，10mm发展到20mm，22mm。锚固性能提高，由机械式锚固发展到使用锚固剂；由水泥锚固发展到树脂锚、高强树脂锚固。锚固方式多样化，有注浆、点锚、加长锚和全长锚固，也发展了点锚或加长锚与注浆的混合锚固。钻机动力有液压、电动和风动，以适应不同使用环境的需要；传动机构中有齿轮的、叶片的和活塞的，推力、扭矩及耐用性都有不同程度的提高。用户对国产锚杆钻机的反映由原来的“不行”变为现在的“还可以”。,锚杆支护强度与支护状态测试、监测方法与设备基本齐全。有用于测试锚杆全长各段受力状况的测力锚杆，有测试整根锚杆锚固力的拉拔计，有测量锚杆支护后两帮移近量和顶底板移近量的测枪，有监测锚杆顶板离层状况的顶板离层指示仪等。锚索的使用大大拓宽了锚杆的作用和使用范围。为了使巷道的不稳定圈与稳定岩层联系在一起，解决了小直径的锚索在井下巷道中的快速使用、快速承载的问题。地应力测试方法的解决，促进了锚杆支护理论和设计方面的研究；支护理论和设计方法的不断成熟促进了矿区锚杆支护规范的制定。锚杆支护断面越来越大，由小断面的56m2发展到现在的14m2，16m2甚至18m2以及巷道的交叉点取消抬棚。使用范围由岩巷发展到半煤岩巷、全煤巷；由坚硬顶板发展到软弱、破碎、极破碎顶板;由采深浅的巷道发展到采深超千米，有冲击地压的煤巷；由普通煤巷发展到小煤柱或沿空留巷由巷道发展到工作面的开切眼和收作线。,7．改善软岩巷道支护效果近年来，对软岩巷道支护的试验研究进行了大量工作，主要成果有软岩巷道支护必须具有较高的初撑力、增阻速度、支护强度，以及一定的柔性或可缩性；对软岩巷道支架采用架后充填可改善支架的受力状况，显著提高支架的承载能力和支护强度，起到封闭围岩、防止风化和水侵蚀的作用，是改善软岩巷道支护的一个重要环节；围岩注浆可提高围岩自身强度及承受外载和抵抗变形的能力；为了适应软岩巷道围岩压力大和持续时间长的特点，采用二次支护比一次支护更有利于保持巷道稳定性，并可充分利用围岩的自稳能力；采用锚杆和喷射混凝土作为一次支护，然后用u型钢可缩性支架、混凝土弧板支架等作为永久支护，以及采用锚喷网等支护手段与可缩性金属支架等进行联合支护，都取得了良好效果；为了防止巷道底鼓．在研究了底鼓的特征、机理和各种影响因素的基础上，采用了封闭式支护，对底板积水进行排泄疏干都是行之有效的措施；在底板中钻眼进行爆破卸压，然后再进行注浆加固的试验也取得了良好效果。,8．进行巷道支护质量及顶板动态监测在分析研究各种巷道围岩控制技术的基础上，提出了对巷道矿压进行全过程控制的观点，即为了保证巷道稳定性的总体效果最佳，应当从设计巷道布置时选择巷道合理位置开始，直至是否采用其它巷道保护措施，巷道内和巷旁是否采用其它加强支护和加固手段，采用何种巷道修复和加固措施等进行全面考虑。与此同时，开展巷道支护质量和顶板动态监测，使巷道围岩控制逐步由经验判断和定性评估向定量分析和科学管理转化。通过施工过程中的现场监测、信息反馈，不断修正支护设计和调整支护参数，以改善施工质量，保证施工安全及工程质量。,9、完善巷道围岩控制测试的手段和装备近几年来，与巷道矿压研究有关的现场观测仪表和实验室研究手段也得到了发展。为了评定巷道围岩稳定性和支护效果，研究围岩破坏、软岩变形和巷道底鼓机理等，除进行常规的煤、岩物理力学性质试验外，还进行岩石流变试验、三轴试验和煤、岩变形破坏全过程的试验。此外，先后建成了单架及多框架大型立式多功能巷道支架试验台，对各种支架的性能进行实验室研究，开展相似材料模拟试验，以及各种与矿压观测有关的量测仪器的研制等巷道矿压研究的基础工作，也得到很大发展。,（三）、巷道围岩控制技术的主要研究方向我国在煤矿巷道围岩控制领域内取得了十分显著的成就。但随着煤炭工业的进一步发展，对巷道围岩控制提出了更高的要求。在现有成果的基础上，需要继续广泛而深入地开展科学研究，推进巷道围岩控制技术的发展。1、巷道布置和护巷技术方面继续研究采动引起的巷道围岩应力分布和矿山压力规律及其影响因素，进行护巷，以及围岩卸压技术。,2、巷道支护技术方面进一步完善巷道布置、无煤柱技术，深入研究巷道的支架与围岩关系，探求在不同的围岩压力条件下，巷道支护的合理强度、形式、结构和性能。发展巷旁和壁后充填技术，改进材质和结构，提高U型钢和矿工钢支架的支护质量。开发新的品种，扩大煤巷锚杆支护的使用范围。我国煤矿地质条件复杂，各个矿区的条件各不相同，有些环境更恶劣的巷道锚杆支护技术尚待进一步地研究探索。例如膨胀型的极软岩巷道，处于背斜轴部的极破碎顶板巷道等等，可能就要用锚杆支护与注浆加固或其它的全封闭方式等综合支护技术来解决。锚杆支护巷道，特别是极破碎顶板的巷道临时支护技术及巷道快速掘进与支护合理配合，提高成巷速度，这些都是有待进一步研究，应尽快解决的问题。,3、深井、软岩巷道方面进一步研究软岩的基本属性、工程分级、围岩变形规律和围岩压力特征，以及支护机理。针对深井、软岩巷道具有来压迅猛、持续时间长、底鼓强烈，以及对应力扰动和水极为敏感等特征，进行支护攻关。4、巷道矿压理论研究巷道矿压理论需进一步研究高应力、软岩、采动巷道、煤巷锚杆支护巷道的非线性大变形问题及支架一围岩相互作用机理。5、科学技术管理方面全面开展巷道综合工程设计及支护质量和围岩动态监测。依靠科技进步，加强科学管理，使我国煤矿巷道围岩控制技术在现有基础上达到一个新的水平。,由于在第一分层回采时顶板岩层已经历了一次悬露、破裂、折断和垮落的过程，完整性受到了破坏；因此，下分层工作面的老顶来压将会显著减弱或者不再显现，即通常所说的在回采顶分层时可能出现“动压”，而在回采下分层时则主要表现为“静压”。其基本表现为老顶来压步距小，强度低;支架载荷变小;顶板下沉量变大。,（二