深井巷道国内外研究现状.pdf

应用方法论 科2 0 1 2 1 7 霾 年 第期 蓐 深井巷道国内外研究现状 牛王飞 山西乡宁焦煤集团王蟒沟煤业有限公司，山西乡宁 0 4 2 1 0 0 摘要 进入深部开采以后，由于岩层压力大，巷道因岩变形量显著增大，支架损坏严重，巷道翻修量剧增，巷道维护变得 异常 困难。深 井巷道的矿 区控 制已经成为深部 开采 能否顺利进行的制约 因素之 一。为此 ，进入 深部开采的世界 各采煤国都做 了大量研 究，取得 了可喜的成果。 关键词 深部开采；矿压控制；深井巷道 中图分类号 T D 7 2 7 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 9 6 7 卜 2 0 1 2 0 9 卜o 0 9 0 0 1 1 国外的研 究 原西德、前苏联 、波兰、英国、比利时 、 荷 兰和 日本等 国都 对深部开采的巷道矿压及其控制措施进行了大量研究 。而尤 以较 早进入深部开采的原西德和前 苏联 的研究最为突出。同时 ，前 者也是侧 重深 井巷道矿压控制 实用技术研究的代 表 ，而后者是 侧重深井巷道矿压控制理论研究的代表。早在6 0 年代。原西德就 己经开始研究8 0 0 m～1 2 0 0 m的深部开采问题。7 0 年代开始研究 1 2 0 0 m 1 5 0 0 m，8 0 年代开始研 究1 6 0 0 m的深部开采问题 原西 德将开采深度超过 1 2 0 0 m 称为超深开采或大深度开采 ，井且建 立起了集现场实测 、模型实验和理论计算于一体的 “ 岩层控制系 统”。前苏联紧随其后 ，己着手研究1 0 0 0 m～1 4 0 0 m的深部开采 问题 。 从总体工看 ，国外的研究一方面是将 己有的岩石力学与矿山 压力成果应用于深部开采 ，但同时还结合深部开采的特殊性和本 国国情对深井巷道矿压控制进行了专 门研究 。通过现场观测 、相 似材料模拟实验 、计算机数值模拟计算和理论分析等多种手段对 深部开采应力 、巷道矿压显现规律和深井巷道矿压控制技术等进 行 了大量研究，获得了大量成果。 2 国内的研究 与深部开采 的历史 和现状相适应 ，由于我国煤矿进入深部开 采较晚 ，因此与前苏联和德国等相 比，我国在深井巷道矿压控制 的理论研究和实践方面部有较大差距 ，还没有一套较为系统、完 善的深井巷道矿压控制体系。 可喜的是 ，虽然我 国对于深井巷道 矿压控制 的研究起步较 晚 ，但这个问题 己经引起 了越来越多人的重视 。近几年发展较 快 ，己有不少成果公开发表 。国内的研究成果主要有 以下几方 面 ①我 国进入 深部 开采的矿 井如开滦赵各庄矿 、淮南九龙 岗 矿 、抚顺龙风矿和阜新王家营矿等都建立了适合本矿条件 的深井 巷道围岩稳定性评价 分类 方案。 如中国矿业大学与开滦矿务局合作 ，以 “ 松动圈”为指标 ， 对赵各庄矿深部巷道进行 了分类 淮南九龙岗矿以巷道掘出后 l 0 d 时两帮相对移近量作为判断巷道稳定性的指标 。 ②各矿都根据本矿 的实际确定了合理的巷道位置 ，井逐步寻 求深井巷道的合理支护方式和支护参数 ，已经取得 了较好的效 果 。 ③对松动爆破卸压 、开槽 缝 卸压和导酮卸压等进行了理 论分析 、数值计算 、相似材料模拟实验和现场工业性试验 ，取得 了预期的卸压效果。 ④对深井巷道围岩稳定性、深井巷道矿压显现与支护和深井 巷道锚 明支护机理等进行了理论探讨、实验室试验和现场实践。 3深井巷道开采的主要特征 3 ． 1巷道变形量大 深井巷道矿压显现的显著待点之一是巷道开挖就产生大的收 敛变形量 。这一特点是山深井巷道围岩处于破裂状态和深井巷道 围岩有较大的破裂范围决定的。 国内外深部开采的实践表明，开采深度为8 0 0 m一1 0 0 0 m 时， 巷道变形量达1 0 0 0 m m～ 1 5 0 m m 甚至更大 ，与开采深度和岩石力 学性质 破裂区厚度 等因素有关 。 3 ． 2巷道初期变形速度快 ①巷道围岩破裂区的形成经历了一个时间过程 此时间过程 的长短与围岩破裂范围即破裂区厚度有关 。 ②深井巷道 围岩破 裂的发展速度在巷道刚开掘时较快 ，以后 逐渐哀减 ，自至破裂 区完全形成 。原 因是巷道刚开掘 爆破或机 械切削 时。山于应力平衡状态被突然打破 ，原来山巷道掘进断 面轮廓 内岩石支撑 的工覆岩层重量转加给巷道 围岩 ，在巷道 围岩 中形成支承压力。深部开采 的巨大支承压力与巷道周边处于单 向 应力状态的巷道围岩强度之间的极大反差很快使巷道周边的围岩 遭到破坏 ，应力继续 向巷道 围岩深部转移 。远离巷道周边 ，应力 状态逐渐改善，围岩强度不断提高，同时 。支护也将山于巷道 围 岩产生的大的变形而逐渐起作用。因此，巷道围岩破裂的发展速 度逐渐减小 ，最后完全停止 ，达到新的应力平衡状态。 3． 3 地 压大 ①原岩应力大。原岩应力包括自重应力、构造应力以及赋存 在岩体 中的水和 瓦斯对岩体的压力等 。白重应力随埋藏深度的增加而增大。 构造应力实际工是构造残余应力 ，当开采深度大时 ，构造应力山 于释放困难 ，残余构造应力大 ，地下水和瓦斯赋存在岩体 中，一 般情况下，其赋存量和压力随赋存深度增大而增大。因而，在深 矿井开采中原岩应力大 。 ②岩体塑性大 。岩石 的变形特性与受力状态有关 当侧 向压 力山零 单向受力 逐渐增加时，岩石的塑性会逐渐增加。在深 矿井开采 中，山于原岩应力大 ，主要是侧 向应力的增加使岩体的 塑性增大 。当开采到一定深度时，岩体会进入完全塑性状态。此 时，原岩应力为三向等压，即所谓的静水压力状态。 ③矿山压力显现剧烈。矿山压力显现剧烈是深矿井开采中原 岩应力大和岩体塑性大的主要表现。矿山压力显现剧烈表现为 3 ． 4巷道底臌量大 底臌量大是深井巷道矿压显现的又一个显著特点。而且 ，从 国内外的有关报道看 ，深部开采的巷道底臌现象具有普遍性。据 前苏联对部分深井资料的统计分析 ①随开采深度增大 ，易于产生底臌 的巷道比重越来越大； ②底臌量及其在顶底板相对移近量中所 占的比重随开采深度 增大而增大。 3 ． 5地温高 地温是指井下岩层的温度 。一般情况下 ，地温 随深度增加而 呈线性增加，其增高率用温度梯度 0 C ／ h m，h m 1 0 0 r n 表示。 下转第8 5 页