深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术.pdf

第4 1 卷第9 期 2 0 1 3 年 9 月 煤 炭 科 学 技术 Co a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Vo 1 ． 41 No ． 9 S e p t ． 2 01 3 深部煤矿应力分布特征及巷道 围岩控制技术 康 红 普 1 ．煤炭科学研究总院 开采设计研究分院 ， 北京1 0 0 0 1 3 ； 2 ． 天地科技股份有限公司 开采设计事业部， 北京1 0 0 0 1 3 摘要 在新汶矿区井下地应力实测数据的基础上， 分析 了深部煤矿地应 力场分布特征 、 规律及影响 因素 ； 基于 2 0余个矿 区的地应力测量数据 ， 对比分析 了浅部与深部煤矿地应力状态、 水平应力与垂直 应力的比值等方面的差异 ； 研究了掘进工作 面与采煤工作面周围垂直应力降低 区、 应力升 高区分布及 集中应力变化 ； 通过分析采动应力监测数据 ， 论述了回采工作 面超前 支承压 力分布 范围、 峰值 大小及 与工作面的空间位置关系； 针对深部巷道地应力高、 采动影响强烈的特点， 介绍了适用于深部巷道的 支护法、 加 固法及应力控制法； 指 出基于煤岩体地质力学测试、 以锚 固与注浆为核心的支护加 固技术 ， 是有效、 经济的深部巷道围岩控制技 术。 关键词 深部煤矿 ； 地应力 ； 采动应力； 巷道 ； 围岩控制 中图分类号 T D 3 2 2 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 - 2 3 3 6 2 0 1 3 0 9 - 0 0 1 2 - 0 6 S t r e s s Di s t r i bu t i o n Cha r a c t e r i s t i c s a n d S t r a t a Co n t r o l Te c h no l o g y f o r Ro a d wa y s i n D e e p Co a l Mi n e s KANG Ho n g ． p u 1 ． C o a l Mi n in g a n d D e s i g n i n g B r a n c h ， C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a； 2 ． C o a l Mi n i n g a n d De s i g n i n g D e p a r t me n t ， T i a n d i S c ie nce a n d T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e i n s i t u s t r e s s me a s u r e me n t d a t a f r o m Xi n w e n Mi n i n g Ar e a， t h e i n s i t u s t r e s s d i s t rib u t i o n f e a t u r e s ， l a w a n d a f f e c t i ng f a c t o r s i n d e e p c o a l mi n e s we r e a n a l y z e d． On t he ba s i s o f t he i ns i t u s t r e s s d a t a f r o m mo r e t h a n 2 0 c o a l d i s t ric t s， t h e d i f f e r e n c e s o n s t r e s s s t a t e s a n d r a t i o o f h o r i z o n t a l s t r e s s t o v e r t i c al s t r e s s b e t we e n s h a l l o w a n d d e e p c o a l mi n e s we r e a n a l y z e d ． T h e v e r t i c al s t r e s s d e c r e a s i n g a n d i n c r e a s i n g z o n e s a n d c o n c e n t r a t e d s t r e s s c h a n g e a r o u n d t h e h e a d i n g f a c e a n d c o a l f a c e we r e s t u d i e d ． T h e d i s t r i b u t i o n s c o p e ， p e a k v a l u e a n d s p a t i a l r e l a t i o n wi t h t h e wo r k i n g f a c e o f mi n i n g i n d u c e d s t r e s s e s we r e d i s c u s s e d t h r o u g h t h e a n a l y s i s o n t h e mo n i t o r i n g d a t a ． T h e s u p p o r t ， r e i n f o r c e me n t a n d s t r e s s c o n t r o l a p p r o a c h e s s u i t a b l e f o r d e e p r o a d w a y s w i t h h i g h i n s i t u s t r e s s e s a n d i n t e n s i v e mi n i n g i n d u c e d s t r e s s e s w e r e i n t r o d u c e d ． I t w a s p o i n t e d o u t t h a t t h e s u p p o r t an d r e i n f o r c e me n t t e c h n o l o g y wi t h r o c k b o l t i n g a n d g r o u t i n g a s k e y a n d o n t h e b a s i s o f i n s i t u g e o me c h a n i c s me a s u r e me n t s ， wa s a n e f f e c t i v e a n d e c o n o mi c a l s t r a t a c o n t r o l me t h o d for d e e p r o a d w a y s ． Ke y wo r dsd e e p c o al mi ne s ； i ns i t u s t r e s s； mi n i n g i n d uc e d s t r e s s； r o a d wa y s； s t r a t a c o n t r o l 0 引 言 目前 ， 我 国国有重点煤矿开采深度达 1 0 0 0 m 的煤矿有3 0 余处， 最大开采深度已经接近 1 5 0 0 in ， 而且每年以 8 ～1 2 I n的延深速度递增。我国东部煤 矿的浅部煤炭资源已逐渐枯竭 ， 为了实现煤炭工业 的可持续发展， 深部开采 已成为煤炭工业必须解决 的重大课题。地下煤炭资源开采以前煤岩体处于原 岩应力状态 ， 进行采掘活动后， 破坏 了煤岩体原始的 应力平衡状态 ， 产生了应力集中、 应力转移等应力变 化 ， 在采掘空间周围形成采动应力场 。正是煤岩体 中的应力变化引起了围岩变形 、 岩层运动、 岩层结构 失稳破坏 ， 进而导致各种灾害的发生。因此 ， 地应力 与采动应力是煤炭开采岩层灾害的根本驱动力。深 部煤炭开采的最大特点是煤炭资源开采前煤岩体处 于高原岩应力状态 ， 而进行采掘活动后 ， 裸露采掘空 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 1 9； 责任编辑 王晓珍 基金项 目 国家 自然科学基金煤炭联合基金重点资助项 目 U1 2 6 1 2 1 1 ； 国际科技交流与合作专项资助项 目 2 0 1 0 D F B 7 3 0 7 0 作者简介 康红普 1 9 6 5 一 ， 男， 山西五台人， 研究员， 博士生导师， 博士， 现任中国煤炭科工集团有限公司首席科学家， 天地科技开采设计事业部 副总经理 。E - m a i l k a n g h p 1 6 3 ． c o n 引用格式 康红普． 深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 3 ， 4 1 9 1 2 - 1 7 ． 1 2 康红普 深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术 2 0 1 3年第 9期 间表面垂直方向的应力迅速降到大气压， 煤岩体中 的瓦斯压力 、 水压力也 是如此 。这 种变化 引起 了围 岩应力 、 瓦斯与水压力 的调整 ， 出现很高 的集 中应 力 ， 在围岩中形成很大 的应力梯度。围岩应力分布 不是一成不变的， 而是随着采掘活动 的进行不断变 化。当煤岩体不能承受这种应力变化时 ， 就会 出现 各种灾害 ， 包括顶板垮落、 冲击地压、 煤岩与瓦斯 突 出、 煤矿突水、 巷道围岩大变形等， 对深部煤矿的安 全、 高效开采带来 巨大威胁。为 了解深部煤矿地应 力分布规 律 ， 很多 煤矿 进行 了地 应力 测量 _ 1 j 。新 汶 、 开滦、 徐州及淮南等矿 区采用空心包体应力解除 法对地应力测量 ， 获得 了所测 矿区的地应力值 与方向。煤炭科学研究总院开采设计研究分院开发 研制出煤矿井下小孔径水压致裂地应力测量装置 ， 在新汶 、 淮南及平顶 山等深部矿 区进行 了测量 ， 获得 了深部煤矿井下地应力数据。除需要研究原岩 应力外 ， 还必须研究采掘活动引起的采动应力 ， 一般 采用现场实测与监测 、 理论分析 与数值模拟相结合 的方法研究采动应力分布规律。进行采动应力实测 时 ， 在已受采动影响的位置安装应力传感器进行测 量。进行采动应力监测时 ， 在采煤工作面 回采前安 装应力监测传感器 ， 监测工作面 回采过程 中的应力 变化 ， 兖州 、 潞安等矿区采用空心包体应变计 ， 测 得 了三维采动应力数据 。笔者在已有实测数据 的基础上 ， 论述了深部煤矿地应力、 采动应力分布特 征 ， 介绍深部煤矿巷道围岩控制原理及相关 的技术。 1 深部煤矿地应力分布特征 1 ． 1 新汶矿区地应力测量结果及分析 新汶矿 区是我 国煤 矿开采深度最大 的矿区之 一 ，平均开采深度已超过 1 0 0 0 m。笔者主要 以新汶 矿区为例 ， 介绍深部煤矿地应力分布特征。新汶矿 区的华丰矿 、 孙村矿 曾采用 S Y Y - 5 6型小孔径水压 致裂地应力测量装置进行 了 2次地应力测量。第 1 次共完成 6个测点的地应力、狈 0 量 序号 1 6 ， 第 2 次也完成 6个测点的测量 序号 7 1 2 ， 见表 1 。 表 1 新汶矿区地应力测量结果 序号 测点位置 巷道埋 深／ m 垂直应力／ MP a最大水平主应力／ MP a 最小水平主应力／ MP a最大水平主应力方向 第 1次测量结果 表明 4个测点的最大水平主 应力 o r 大于垂直应力 or ， 2个测 点的最 大水平 主 应力小于垂直应力 。其 中华丰矿全部 3个测点 的最 大水平 主应力大于垂直应力 ， 孙村矿仅有 1 个测点 的最大水平主应力大于垂直应力 。可见 ， 华丰矿所 测 区域地应力以水平应力为主 ， 构造应力 场 占明显 优势。而孙村矿所测 区域垂直应力 的作用更 明显。 第 2次测量结果 表明 3个测点 全 部在孙村 矿 的最大水平主应力大于垂直应力 ， 3个测点 全 部在华丰矿 的最大水平主应 力小于垂直应力。与 第 1次测量结果有相反的趋势 ， 2个煤矿测点深度 相差不大 ， 但水平应力相差较大。华丰矿 3个测点 平均最大水平主应力为 3 0 ． 1 7 MP a ， 平均最小水平 主应力为 1 6 ． 1 MP a ； 而孙村矿平均最大水平主应力 orH 、 最小水平主应 力 分别为 3 6 ． 8 7 、 1 9 ． 5 4 MP a ， 比华 丰矿测点分别 大 2 2 ． 2 ％、 2 1 ． 4 ％。与第 1次埋 深接近的测点相比， 华丰矿最大、 最小水平主应力分 别降低 2 8 ． 5 ％、 2 9 ． 4 ％； 孙村矿最大 、 最小水平主应 力分别提高 1 5 ． 3 ％、 1 8 ． 4 ％。可见 ， 不 同的煤矿 ， 即 使埋深相差不大 ， 水平应力也有明显差别 ； 即使是同 1 3 2 0 1 3 年第9 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 1 卷 一 煤矿 ， 不同区域的地应力也明显不同。 周钢等 采用空心包体法在大屯矿 区孔庄矿、 姚桥矿及徐庄矿的地应力测量结果表明 在一 7 8 O 一 - 3 8 0 m水平 的测点中， 最大水平主应力大于垂直应 力 ， 构造应力 占优势； 在- 8 0 0 m水平 以下 ， 垂直应力 大于最大水平主应力 ； 矿区地应力场有可能以一 8 0 0 m水平为界 ， 上部以构造应力为主 ， 一 8 0 0 m水平 以 下逐步转变为以垂直应力为主的地应力场。 综合分析现有实测数据 ， 随着埋深增加 ， 煤矿地 应力场中水平构造应力有减弱的趋势 ， 垂直应力有 增强的趋势。但是， 即使是超过千米的煤矿， 在构造 复杂的区域 ， 最大水平主应力仍可能大于垂直应力 ， 表现出典型的构造应力场特征。 1 。 2 深部与浅部地应力分布特征的区别 为了研究深部与浅部煤矿地应力分布特征的区 别 ， 对煤炭科学研究总院开采设计研究分院近 1 0年 来采用小孔径水压致裂地应力测量装置获得 的 2 0 余个矿区、 3 9 5个测点 的地应力测量数据进行 了分 析 “ 。测量深度最小 6 9 ． 2 m、 最大 1 2 8 3 ． 0 m。 地应力与埋深的关系如图 1 所示 ， 平均水平主应力 与垂直应力的比值随埋深变化 的规律 如图 2所示 。 煤矿井下地应力分布特征见表 2 。煤矿井下地应力 分布特征的主要影响因素为埋藏深度、 岩层分布、 岩 层强度与刚度 、 地质构造与围岩结构。 O 2 0 0 4 0 0 6 0 0 孙 1 2 0 0 l 4 0 0 主应力／ MP a 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 图1 煤矿井下地应力与埋深的关系 平均水平主应力与垂直应 力比值 0 0 ． 5 1 ． 0 1 ．5 2 ． 0 2．5 3 ． O 3 ． 5 4 ． 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 到8 0 0 塑1 0 0 0 1 2 0 0 14 0 0 图2 平均水平主应力与垂直应力的比值随埋深变化 从图 1 、 图 2和表 2中可看出浅部与深部地应 力场有以下 区别 ①浅部 岩层 埋藏深度小 于 2 5 0 m 构造 应力 占明显优 势 ， 地应 力状态为 ； ②中等埋深矿区 埋藏深度为 2 5 O 一6 o 0 m 的地 1 4 应力状态一般为 h ； ③埋深超过 6 0 0 m， 一 般垂直应力 占优势 ， 地应力状态为 ； 但受 地质构造影响明显 的矿区 ， 地应力仍可能是 以构造 应力为主 ， 处于 O r 状态。④我 国煤矿多数 矿区最大水平主应力与垂直应力的 比值集中在 0 ． 5 ～ 2 ． 5 。随着埋深增加 ， 该 比值呈现减小的趋势 ， 趋近于 1 ； ⑤地应力除受埋深、 地质构造等 因素影响 外 ， 还与岩体物理力学性质有关 。 表 2煤矿 井下地应 力分布特征 2 深部煤矿采动应力分布特征 在煤岩体中开掘巷道、 硐室等地下工程， 及采煤 工作面进行回采时 ， 破坏了煤岩体的原始平衡状态， 采掘空间周围煤岩体的应力将发生重新分布 ， 在 围 岩 中出现应力集中。已有的研究成果表 明， 采动应 力可达到原岩应力的 2 ～ 5倍。因此 ， 在了解深部煤 矿原岩应力状态的基础上 ， 进行采动应力的测量与 监测 ， 进而研究采动应力分布特征与规律 ， 对煤矿开 采与支护具有十分重要的意义 。 2 ． 1 采掘工作面周 围应力分布特征 1 掘进工作面周围应力分布特征。图 3是采 用 F L A C 如软件模 拟的晋城寺河矿首采工作 面巷道 开挖时水平切面上垂直应 力 的分布 ， 其 中， 、y分别为沿工作面长度和推进方向的距离 。由图 3 可知 ①巷道开挖以后 ， 垂直应力在掘进工作面周 围重新分布， 在工作面前后方 出现应力降低区与升 高区。②在工作面前方 ， 先出现应力 降低 区， 之后出 现应力升高区 ， 但两 区域 的范围都不大。③在工作 面后方， 随着远离工作面 ， 应力降低区与应力升高区 范围不断扩大。至工作面一定距离后保持稳定。④ 掘进引起的最大应力集 中系数为 1 ． 3 。由于开挖空 图3 掘进工作面周围垂直应力分布 康红普 深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术 2 0 1 3 年第 9 期 间小 ， 引起的应力集中范围和程度都比较小 。 2 采煤工作 面周 围应力分布特征 。图 4为晋 城寺河煤矿 4 3 0 1工作面周 围垂直应力 分 布状 况 。该工作面布置 5条巷道 ， 工作面一侧布置 3 条巷道， 煤柱宽度分别为 3 5 ， 2 0 m。由图4可知 ① 当 4 3 0 1 工作面部分开采后 ， 在工作面前方形成 了较 高的支承压力 。支承压力的影响范围为 4 0 m左右 。 在 4 3 0 1 工作面后侧 ， 4 3 0 1 3巷与 4 3 0 1 2巷之间煤柱 的靠工作面侧产生了显著的应力集 中现象 。这种集 中应力在滞后工作面 4 0 m范 围内比较小 ， 之后达到 最大值 ， 为 原始垂 直 应力 的 9倍 。在 4 3 0 1 3巷与 4 3 0 1 2巷之间煤柱 的另一侧 也产生 了集 中应力 ， 但 较小 。4 3 0 1 2巷 与 4 3 0 1 4巷之 间的煤柱受 4 3 0 1工 作面开采影响 ， 但影响程度不大。② 当 4 3 0 1 工作面 全部开采后 ， 在工作 面后侧 ， 4 3 0 1 3巷与 4 3 0 1 2巷之 间煤柱的靠工作面侧均出现了高集中应力。③由于 回采工作面开采空 间大， 采动影响范围很大 ， 而且集 中应力远大于掘进工作面。 图 4 4 3 0 1工作 面周 围垂直应力分布 2 ． 2采动应力监测与分析 采用钻孔应力计 、 空心包体应变计等仪器 ， 可监 测回采工作面周围应力变化。 1 钻孔应力计监测 回采工作面超前 与侧 向支 承压力 。图 5 a为新汶潘西煤矿采用钻孔 应力计监 测得到的回采工作面超前支承压力分布曲线。工作 面超前相对支承压力峰值约为 2 2 ． 6 M P a ， 峰值深入 煤壁距离为 7 ～ 8 m。在工作面推进过程 中， 超前支 承压力影响范围约为 5 0 m。以支承压力 峰值位置 为分界线 ， 在其前方 由于煤体基本处于塑性状态 ， 形 成应力降低区 ， 在其后方逐渐向原岩应力接近。 在煤体应力监测方案 中， 采用不同孑 L 深布置 ， 可 监测到工作 面前方实体煤 中侧 向支承压力分 布状 况 ， 如图 5 b所示 。从图 5 b中可以看出， 支承压力峰 值相对较小， 而且峰值位置更深入煤体中。 2 空心包体应变计监测回采工作面采动应力 变化 。兖州东滩矿采用 空心包体 应变计在 4 3 0 7 轨道巷进行 了采 动应力变化监测 。将其应力 变 化监测结果 以平行轨道巷轴向的纵剖面形 式绘制 ， 得到如图 6所示的应力变化。图 6中箭头方向代表 应力方 向， 箭头长度代表应力大小。随着工作 面推 进 ， 近似垂直的应 力不断增加。特别是距 工作 面小 于 4 0 m后 ， 应力增加幅度较大 ； 当工作面推进 到距 应变 计 2 4 m 时， 应 力增 加 值 达 到 最大 ， 为 1 9 ． 1 MP a ； 之后应力呈减小的趋势 ； 至 1 1 m时 ， 应力 向采 空区方向释放 ， 表 明测点处围岩已经破坏。实测的 垂直应力达 3 1 ． 9 2 MP a ， 可得出 回采工作面超前支 承压力的峰值为 自重应力 的 2 ． 5倍左右。 垂 20 40 60 80 1oo 12O 距离工作面煤壁距离／ m a 工作面超前支承压力 2 委 z 1 嚣 璺 H 4 8 1 2 1 6 2 O 距离 回风巷下帮的距离／ m b 工作面侧向支承压力 图5 新汶潘西煤矿回采工作面支承压力分布 曲线 吕 鬻 一 1 O 0 1 0 2 0 3 O 4 0 5 O 6 O 7 0 8 O 至工作面距离／ m 图6 兖州东滩矿4 3 0 7轨道巷纵剖面应力变化 3 深部巷道围岩控制技术 巷道围岩控制技术按原理可分为 3大类 ①支 护法 ， 是作用在巷道围岩表面的支护方式 ， 如各种类 型的支架、 砌碹支护 ， 为了改善支架受力状况 ， 提高 支护阻力 ， 还可实施壁后充填和喷浆等 。②加固法 ， 是插入或灌人煤岩体 内部起加固作用 ， 使煤岩体 自 稳的方法 ， 如各种锚杆与锚索 、 注浆加固， 锚杆、 锚索 分为插入煤岩体 内的部分 杆体 、 锚 固剂 ， 以及 设 置在巷道表面的构件 托板 、 钢带及金属 网 ， 因此 ， “ 锚杆支护” 确切意义上应称为“ 锚杆加固” 或“ 锚杆 加固与支护” 。③应力控制法， 是改善巷道围岩应 力状态， 使巷道处于应力降低区的方法， 包括巷道布 置优化及各种人工卸压法 。 3 ． 1 巷道布置优化及应力控制法 针对深部巷道围岩应力高、 变形大， 甚至会出现 1 5 ∞ 如 ∞ 如 加 m 0 力爵 阡 嘲 2 0 1 3 年第9 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 1 卷 冲击地压 、 煤与瓦斯 突出等 动力灾害 ， 进行采 掘优 化 、 巷道布置优化 ， 改善巷道受力状态是首先应该考 虑的方法 。将巷道布置在应力降低 区， 如沿 已稳定 的采空区边缘掘进巷道 沿空掘巷 ， 将巷道布置在 采空区下方 掘前预采 、 上行开采等 ， 均可明显降 低巷道受力 ， 改善围岩应力状态 。 如前所述 ， 在深部开采中， 有些煤矿水平应力大 于垂直应力 ， 而且水平应力具有 明显的方 向性 ， 最大 水平主应力明显高于最小水平主应力 。在这种条件 下 ， 当巷道轴线与最大水平主应力平行 ， 巷道受水平 应力的影响最小 ， 有利于顶底板稳定。根据地应力 实测数据优化巷道布置方 向， 对巷道稳定性会起到 事半功倍的作用 。此外 ， 巷道布置应尽量避开大 型地质构造 断层 、 褶曲、 陷落柱等 。 根据深部煤矿地应力场分布特征 ， 对巷道断面 形状与尺寸进行优化， 可改善巷道周边 附近 围岩应 力分布 ， 有利于围岩稳定 。人工卸压法 ， 包括切缝 、 爆破 、 钻孔及掘卸压巷等 ， 可转移巷道周边附近的高 应力 ， 改善 围岩应力状态 ， 在适宜的条件下可作为一 种辅助的围岩控制手段。 3 ． 2 深部巷道支护与加固法 目前 ， 深部巷道支护与加 固形式主要有 锚杆 、 锚喷支护 ， U型钢可缩性支架 ， 注浆加 固， 复合支护 采用 2种或 2种以上的支护加固方式联合支护巷 道 ， 如锚喷 注浆加 固， 锚喷 u型钢可缩性支架 ， u 型钢支架 注浆加 固， 以及锚 喷 注浆 u型钢支架 等型式 。经过多年的研究 与实践 ， 我 国煤矿 已经 形成了基于煤岩体地质力学测试 、 以预应力锚 固与 注浆为核心的巷道支护成套技术。对于深部巷道 ， 锚 固与注浆技术也是经济有效的围岩控制技术。 1 预应力锚 固技术。在深部巷道采用 的预应 力锚杆 、 锚索支护技术 ， 其支护原理是大幅提高支护 系统的初始刚度与强度 ， 形成高支护应力场 ， 降低采 动应力场梯度 ， 主动控制 围岩扩容变形 ， 保持其完整 性 。同时 ， 支护系统应具有高延伸率 ， 允许 围岩有较 大连续变形 ， 通过预留变形量 ， 使巷道发生可控变形 后仍能满足使用要求 。不 同巷道条件应有不 同 的锚杆支护形式 预应力锚杆支护适用 于围岩 比较 完整的岩石巷道 、 岩石顶板煤巷等 ； 预应力锚杆与锚 索支护可应用于煤顶巷道 、 无煤柱护巷、 软岩巷道 、 高应力巷道 、 动压巷道及大断面巷道等 多种 比较 困 难的条件； 全预应力锚索支护， 顶板、 两帮， 甚至底板 】 6 全部采用预应力锚索支护 ， 适用于深部高应力巷道 、 强烈动压巷道等非常困难的条件 。 2 注浆加 固技术。在松软破碎煤岩体 中开掘 巷道 ， 围岩 自稳时间短、 破碎范围大 ， 在这种条件下 ， 注浆加固是围岩控制的有效途径 。注浆加 固利用浆 液充填围岩内的裂隙 ， 将破碎煤岩体 固结起来 ， 提高 围岩整体强度 ， 增加围岩 自身承载能力。 我 国煤矿 目前采用 的注浆材料 主要分为 2大 类 一类是水泥基材料 ， 是 注浆加 固应用最广 的材 料 ； 另一类是 高分子材料 ， 如聚氨酯、 脲醛树脂等。 此外 ， 还开发出多种复合材料 ， 以改善注浆材料 的性 能 ， 降低注浆材料 的成本 。在井下应用时， 可根据巷 道具体地质与生产条件进行选择。 3 预应力锚 固与注浆联合加 固技术 。当巷道 围岩松软破碎 ， 锚杆与锚索锚 固力不能保证时， 预应 力锚 杆 、 锚 索 与注 浆 联 合 是一 种 有 效 的加 固技 术 。注浆可将松软破碎围岩粘结 ， 提高 围岩整体 强度， 同时为锚杆与锚索提供可锚的基础， 保证锚杆 与锚索预应力与工作阻力能有效扩散到围岩中。注 浆后采用预应力锚杆与锚索支护 ， 可有效控制 围岩 扩容变形 ， 保持 围岩长期稳定。此外 ， 还开发了多种 注浆锚杆 、 注浆锚索及钻锚注一体化锚杆 ， 适用于不 同条件的巷道加固。 上述深部巷道 围岩控制技术 ， 已推广应用于新 汶、 淮南 、 徐州 、 兖州等多个深部矿区， 有效控制了深 部巷道围岩变形 ， 取得较好 的技术效果与经济效益。 4结 论 1 地应力是巷道 围岩变形与破坏 的根本驱动 力。煤矿井下地应力随埋深的增加不断增大。在深 部煤矿 ， 地应力场中水平构造应力有减弱的趋势 ， 垂 直应力有增强的趋势。但是 ， 即使是超过千米的煤 矿 ， 在构造复杂区域 ， 最大水平主应力仍可能大于垂 直应力， 表现出典型的构造应力场特征。 2 采掘活动引起原岩应力重新分布 ， 形成采动 应力场， 采动应力可达到原岩应力 的数倍。深部煤 矿采动应力高 ， 分布范围广。在 了解原岩应力状态 的基础上 ， 进行采动应力测量与监测 ， 研究采动应力 分布特征 ， 对深部巷道围岩控制是非常必要的。 3 针对深部巷道特点 ， 进行采掘优化 、 巷道布 置优化、 断面与尺寸优化 ， 将巷道布置在应力降低区 或使巷道处于有利的受力方向， 改善巷道受力状态， 康红普 深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术 2 0 1 3年第 9期 是首先应该考虑 的围岩控制方法。 4 基于煤岩体地质力学测试、 以锚固与注浆为 核心的巷道支护技术， 是有效、 经济的深部巷道围岩 控制技术 ， 已在多个深部矿区得到推广应用， 取得较 好的技术效果 。 参考文献 康红普． 煤岩体地质力学原位测试及在 围岩控制中的应用 [ M] ． 北京 科学 出版社 ， 2 0 1 3 1 2 7 - 1 7 3 ． KANG Ho n g p u， S I L i n p o， ZHANG Xia o ． I n s i t u S t r e s s Me a s u r e me n t s i n Un d e r g r o u n d C o a l Mi n e s a n d S t u d y o n S t r e s s Fi e l d s [ C ] ／ ／ R o c k S tr e s s a n d E a r t h q u a k e s P r o c e e d i n g s o f t h e F i f t h I n t e r n a t io n al S y mp o s i u m o n I n s i t u R o c k S t res s ， 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的相关理论问题 研究将是 当前乃至今后一个时期的主要工作。 参考文献 [ 1 ] 武华太 ． 煤矿区瓦斯三区联动立体抽采技术的研究和实践 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 8 1 3 1 2 - 1 3 1 6 ． [ 2 ] 袁亮 ． 低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采理论与实践 [ J ] ． 中国工程科学 ， 2 0 0 9 ， l l 5 7 2 8 0 ． [ 3 ] 袁亮 ． 复杂地质条件矿区瓦斯综合治理技术体系研究[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 6 ． 3 4 1 1 3 ． [ 4 ] [ 5 ]