动压巷道围岩控制理论

动压巷道围岩稳定理论

与控制技术研究

中国矿业大学柏建彪（博士、教授）（，）1主要内容1

概述2

巷道围岩塑性区分布3

巷道围岩不均匀整体下沉和局部上升4

沿空掘巷围岩大、小结构稳定性原理5

动压巷道底鼓机理6巷道围岩控制的基本途径21

概述动压巷道：受采动支承应力作用的巷道。1.1现状占煤矿巷道80％以上。围岩松软，地应力大，维护十分困难。31

概述1.2岩性和应力特征

岩性：分层性质显著，强度小（特别两帮）。应力：侧向支承应力，超前支承应力一次、多次采动影响应力集中系数2～8。41

概述1.3重要性制约矿井高产高效和经济、社会效益，威胁矿井安全。矿井开采理论和技术的难点和重点。52

巷道围岩塑性区分布62

巷道围岩塑性区分布73巷道围岩不均匀整体下沉和局部上升

大面积开采，采动支承压力和不同护巷方式引起。

相似材料模拟试验结果u1、u2、u3、u4、u5――下沉曲线D1、D2、D3――破断曲线83巷道围岩不均匀整体下沉和局部上升

94晒沿空双巷道教围岩闻大、爆小结谊构稳闹定性砌原理大、衔小结阶构概香念大结相构：拘包括旷直接让顶（规顶煤畏）、够老顶赞及其塞上载惩荷岩鱼层的强结构叉。条小外结构敢：锚蒙杆支圆护与浪围岩暗形成榆的锚访固体狸。104友沿空建巷道监围岩钱大、担小结苗构稳饺定性宋原理大结皱构的烂稳定曾性分去析沿空熊掘巷脖与上艰覆岩滑层的鄙结构失关系114疤沿空乒掘巷修围岩洒大、衔小结惕构稳股定性墨原理M’伟－关怎键块栋B的双回转浪力矩特；渔M筹－本蚁工作乓面老箱顶岩己层断苏裂，高岩块某A的点回转争力矩124似沿空挣掘巷筛围岩蹲大、插小结耍构稳无定性古原理三角蒸块受赞力分灭析图134胸沿空独掘巷设围岩择大、筛小结境构稳煮定性晓原理三角索块结殿构失侄稳的控方式射主要倍有2车种，屈即滑忽落失之稳和锡转动贿失稳块。滑落啊稳定储性系唐数K1；转近动稳烤定性关系数K2，即糠:144侍沿空登掘巷谈围岩揪大、宜小结裤构稳枕定性神原理掘巷重前、疫掘巷花后：膜三角俱块结锹构均活保持户稳定嘴。采动纠影响哄期间忌：三爸角块锦结构闭的回佩转下弊沉是拦沿空召巷道笑围岩扒大变溉形的逼主要米原因煤之一庄；随而采高塌增加配，沿斑空掘膜巷维咳护难拳度增鼓加，触大采默深时炭应防来止发萌生回件转失陪稳，伙在煤被软、衫大采档深时屑应防葵止发何生滑罪落失牛稳。15小结向构的正稳定昌性分协析1）喂沿空致侧护脖巷窄调煤柱特的宽嚼度式中悼：x1－因川上区利段工肠作面禁开采胡而在姨下区甘段沿抓空掘扩巷窄弊煤柱扛中产茧生的臣破碎嫁区，鬼其宽许度为盛：x2—级—弟巷道裕窄煤苗柱一育帮锚阳杆有烫效长复度，买再增南加1阻5胸％富颗裕系揉数，除m；x3关——征增加因的煤惭柱稳亚定性富系数旨，合按0漆.2杀（x2拿+x3滨）计慢算162)觉强踪蝶化围邪岩强枪度，眠确度俩锚杆茶支护亭强度强化纲围岩侄强度对后能卷在大阻结构委回转晃下沉们影响岔下保卷持围仇岩稳浑定，浴保证狗足够犁的锚届杆初篮锚力饿与支加护强圆度。3）蹄综放湖两道奋围岩古变形贞规律巷道立围岩原变形四量对蒸比表序对比项目实体煤巷道沿空掘巷1顶板、两帮变形110~152回采期间与掘巷期间围岩变形比值1.2~1.55~63两帮变形与顶底板变形比值12~2.517掘巷垃期间袖综放衰沿空属掘巷枣支护孔效果18工作蚕面前赵方10父m处支量护效稍果实忽照图195墙动压吩巷道邮底鼓袄机理5.半1遍机丹理巷道婶两帮劣下沉叔引起倡底鼓葛。两狡帮下鸦沉、伙底角黑破坏恐，水吊平应霉力挤粮压，维底板漆浅部质鼓起急，顶句板下书沉、搅离层惰。（a随）国（b两）两帮梳下沉反与底直鼓关池系（a舞）—春—东把庞矿丈（中挤硬岩面）；收（b委）—微—黄辽塘岭俗矿（耽软岩粗）20图3但巷道抱底板得深基誓点位圾移图4霸巷道物底板夜垂直枝位移No丹——任垂直使位移今为零拉；N—想—零糟应变椅点权台徐矿现杏场实直测浅部蛾鼓起师，深余部下洞沉；某与采吼煤工是作面风距离例不同笋而变柴化。21（1纪）力英学计并算Q(y)较作用何下M点的批位移根据煤弹性膨力学陵理论庆，平淡面应蚊变条针件下攀的半隐无限营平面饰体，Q(y)dy载荷温作用简下M点的侄垂直约位移武分量再dux力学其计算望简图22Q(y)扑作用寺下，M点的缺垂直史位移ux等于耗上式魄在[a,泥b]区介间上墙的积某分。23（2痕）煤画柱巷飘道底程板等稠效载跌荷分裕布煤柱思巷道大底板象等效筹载荷宣分布恋简所化的隐载荷械分布24（3区）底昌板中比心线刚上的这垂直黄位移各区询段分喂布载誓荷在队巷道渣底板中心金线上味引起氧的垂渠直位节移巷道挤底板玩中心蒙线上总的仁垂直鞋位移255.睁2带加固屋两帮厚和底殿角控隆制巷跑道底便鼓（1姿）质锚杆控加固（柳便新煤村矿）26试验编号巷道表面移近量／mmⅠ、Ⅱ项试验与Ⅲ对比顶底板两帮移近量减少值／mm移近量减少百分数／%顶底板两帮顶底板两帮Ⅰ37426458631461.054.3Ⅱ2759068548871.484.4Ⅲ960578

试验豪效果朋对比27（2赶）介注浆批加固权台站矿注违浆孔怠布置注浆倘孔布眠置注浆序材料壮、工托艺、今费用材料娇：ZK啄D高水厦速凝宏材料爷，水锻灰比1.问8搂1注浆预压力龟：0.斑1露~顿0.牲15MP惨a材料叛费用滥：13踪蝶.8铺3元/m28注浆问效果权台赚矿注弯浆前册、后蹈对比对比项目岩石质量指标RQD（%）钻孔测定强度（MPa）注浆前9.114.7注浆后96.722.5注与不注浆段对比底鼓量（mm）两帮移近量（mm）不注浆538651注浆144151显德料汪矿阻注浆皆效果29（1螺）催锚杆犬加固滤顶角FL巩AC滴计算顶板培下沉或量减朝少4合2%底鼓绣量减净少1射4%（2老）培锚杆相加固浊两帮走及底母角、擦顶角有显歌著降慰低围采岩移村近量乌效果当加模固帮哲、底洋角不每能满起足需膝要时续，可畏增加论顶角报加固5.后3啊加些固巷锋道其乱它部满位控理制底乳鼓306巷道乡丰围岩俱控制拳的基迁本途尖径6.胃1狡影醒响巷籍道围沸岩稳嫩定性份的三马大因局素围岩踪蝶强度免、岩些体应油力、浅支护句技术1）堡前苏台联阿疫尔达端晓夫拴、巴禁仁根辰据巷磁道垂艳直应爽力γ歪H与蜡底板压单轴买抗压梁强度鞋R的疑比值失作为鸦判断鄙巷道哥是否境底鼓守的准贴则：稳定中的（孔不底鲁鼓）底：中等围稳定童（有劣底鼓寒）：不稳遇定（性强烈列底鼓滋）：>0避.6312）我体校邹垄喜正颂教授融根据季围岩询强度急与岩虏体应妇力对帝我国钉矿井映巷道尘的极们限深需度提粥出的西见解岩。围岩单轴抗压强度／MPa巷道极限深度／m<2015020～30300～40030～60650～750>60>1000中国尚矿业劫大学材（北朽京）当何满坐朝教僵授通份过对创深部终巷道秩稳定伐性研她究、央根据飘巷道祸维护冈难度咽分类朴提出纽奉了不陆同岩倒层的氏极限疼深度揉。3）踢支护输技术从轴惕对称拥圆巷功的弹怨塑性豪分析朋——喝卡斯逼特纳鸽方程淹中可端以看遥出：喝由于旨支护者反力哄P的饮作用喘，加己大了慨塑性亏区应搜力而腐减小药了塑呢性区邻半径摇。326.工2却基丹本途毒径（1死）提低高围狸岩强冷度布置挎在稳莲定岩门层中英；布门置锚努杆，狗强化晴围岩前强度疗；围麻岩注卖浆，缩慧提高淹岩体竹强度筛；封晌闭、赖疏干僵、防诞风化伍，防捎止围顶岩碎麦裂、浸强度振降低（2醉）减辩小岩浩体应悦力合理误布置港巷道驶：时疲间、佣空间霉上减乘少巷兽道承料受支桂承压乱力影衬响，险巷道常布置秃在应球力降蛇低区泛；合须理设确计煤昼柱尺在寸；叮考虑染最大稿水平湖应力怒的影破响巷道惰卸压绣：跨沾采进拾行巷怪道卸袍压；半开槽烈卸压蚂；震淡动爆皱破卸吧压；酿布置池卸压遭峒室斤卸压336.按2裕基津本途谢径（3掌）巷多道支娱护巷道插金属慢支架作用啊：给雪围岩苦提供贝支护约阻力欲；当酒前注谅意：献可缩裂性支岁架的中使用显界限合、连酿接件术、矿吐工钢寸可缩指支架陶、支神架壁姨后密差实。锚杆匀支护作用驴：强染化围矛岩强寨度；当围岩搜强度手强化没理论吊、高牛强（羞超高侄）强宜度锚睡杆、摇设计袭方法轿、复躲杂条共件下亿的锚则杆支结护、笑桁架工锚杆遗支护炭。346.录3韵巷陕道布迅置（1病）绣巷道奥布置从巷宁道围饥岩稳勉定角算度来勤谈布移置。够要保泥持围坏岩稳辱定，庭布置吃巷道纤时应藏考虑荡围岩向强度梁与岩粉体应赔力。356.虽3告巷翅道布连置采动姻引起珍的应是力重雹新分文布已采牢区及稻其两偏侧煤仔柱的挂应力邮分布Ⅰ－幕－冒者落带父；Ⅱ孟－裂忘隙带金；Ⅲ春－弯承曲下里沉带倚；A－字原始议应力痕区；和B1、B2－应猎力增匪高区狼、C帽－应芽力降旧低区斗；D独－应婶力稳唯定区36留区扰段煤匹柱时赛回采笛空间束垂直贱应力虹等值尝线分哲布37煤体赛与采宪空区叨交界庄处底室板垂签直应雅力等帽值线棚分布γ－记上覆粘岩层美容重屯；H堂－埋裂藏深旱度：伟φ－牛底板坡岩石猎应力平升高给区的世扩展云影响麦角；咬Z－率被跨总巷道营与上撕部回坚采煤伞层间结的法漠线距芦；X蜓-被告跨巷鞭道与单上部抬回采画煤柱贞边缘犁的水掉平距38煤柱看下方筑底板秒垂直词应力豪等值骄线分刺布（煤租柱载碰荷均去布，张应力是集中墙系数慕为3腰）在应倡力重搞新分某布下剑，从爆时间酷和空疗间上丸保证颤布置嗓的巷艰道围酬岩稳伸定、零维护吨费用扣低。39（2道）巷劫道布表置的谋原则1）嗽空间习上尽许量避酒免支况承压阔力的肝强烈米影响食、叠惧加影仿响和豪多次而影响灶；时返间上敌尽量多缩短香支承离压力总影响丢时间扭。2）队巷道铸布置雪在应树力降县低区品或原旁岩应篇力区秋。3）弓采用拉无煤依柱开遇采，匹必须脚留煤妇柱时哲在保搬证煤位柱稳狡定的笛条件歪尽可撇能小驻。4）动如果鱼需要领留煤笔桂保队护巷椒道，端所留煮护巷厅煤柱筐尺寸魄应使矩巷道怜不受者支承益压力渗影响酬或影汁响较龟小。5）巩避免套在煤磁柱上维、下浑方布疏置巷邪道。池合理留选择拍底板够岩巷壁与煤锤柱边笼缘的栏水平糖距离清X、王与煤重层垂电直距配离Z兽。6）海在围央岩受所采动摧影响胆稳定组后再虑掘巷煤道。7）锄巷道棒轴线悄方向奋尽量和与最仆大水遇平主栋应力阵方向围平行隶，避盏免与融之垂购直。40注浆晌材料（1谜）材脉料类叫别化学傍类：勇丙烯习酰胺额类、反聚氨徐脂类水泥柳类：影单液女水泥字浆；豆水泥赴、水谁玻璃均双液胖浆；ZK洁D高笑水速似凝材诱料（辽双液恢或单仗液）6.趣4恶注病浆加版固围创岩41结晶乞水体拴积比颠占连81速.6括%均，再膛吸附显大量全水，歌水体妖积比虾达到宜9兄0秋%（婆重量至比稀2.道5:倒1）裕。速凝饲早强打，水向灰比步高；夫结石盖率高蒸（1面00眨%边），奇不淅择水，技强度哄高;气当愤水灰痛比1岂.5陡:1翅时，消ZK悬D强文度9康.5叛~1歇4.洲0M螺Pa妈；水脆泥浆倚淅水乖率6垫5%予，强城度4依MP怪a；子固结拘体塑柏性好掘，高检水条涂件下胡微膨斑胀；虏空气感中易怎风化雪失水演（注怀入岩四体、扰水中赔、或壤密封控，防亡风化艰）（2挠）Z狠KD递高水割速凝禾材料机理刑：硫撤铝酸迷盐水婶泥熟化料、甩石灰芹、石线膏、纯若干警种添劈燕加剂花水化脏生成齐钙矾望石42浆体狮流动调性参漠数与朗水用绳量关酿系曲勉线1—址—主蠢料浆W－0；2—控—配读料浆W－0；3—六—主罗料浆W－p；4—跟—配誓料浆W－p43水泥挎浆液红和高盈水材蝇料的魔性质赚与水烦灰比眉的关承系44单轴忌条件驶下固译结体恒试块笔变形女曲线45不同稳围压却条件总下固访结体捕应力思应变锡曲线1．吸2．乎3．促4．挡5－布分别堪代表识围压揉为0.躬13些、0赢.2计6、蒸0.骡38免、0途.5篇0、命0.市75左MP手a时锐的曲玩线461）粮围岩跨松软层破碎仁、随椅掘随奥冒时泛使用雁；2）昼超前保迎头猪钻孔替注浆贯；3）稀地应蜜力特联别大沸时难零以注鹅入。注浆粪时机（1阁）超响前注冻浆471）效注块浆滞景后时闲间围岩本裂隙丑发展牛变慢洁前后县或进需入掘尖后稳跳