巷道矿压显现规律.doc

授课教案 课程名称矿井围岩控制与灾害防治 适用专业安全工程（矿山安全） 第15讲 巷道矿压显现规律 【本讲内容提纲】 1. 巷道围岩压力及影响因素 2. 巷道矿压控制方法和途径 3. “支架-围岩”相互作用关系及原理 4. 巷道围岩的控制原则 【重点内容详解】 一、巷道围岩压力及影响因素 【笔注】 1、围岩压力 （1）概念 这种围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为围岩压力。 （2）分类 ① 松动围岩压力；② 变形围岩压力；③ 膨胀围岩压力；④ 冲击和撞击围岩压力。 2、影响围岩压力的主要因素 （1）开采技术因素回采工作状况、巷道保护方法（巷道支护方式、巷道断面形状和大小、巷道掘进方法、巷道基本支护类型和参数等）。 （2）地质因素原岩应力状态、围岩应力状态、岩体结构、岩石的组成和胶结状态、围岩中水分的补给状况等。 二、巷道矿压控制方法和途径 【笔注】 从广义的角度看，巷道矿压控制应包括其控制方法和控制途径。 1、巷道矿压控制方法 在控制方法上，有巷道保护、巷道支护、巷道修护三种方式。 巷道保护在掌握巷道变形破坏影响因素的基础上，在巷道位置选择、断面设计等方面为了使围岩应力和岩体强度保持较适应的关系，以便预防巷道失稳或有效地减轻矿压危害而采取的各种技术措施。如选择有利于保持巷道稳定的断面形状、在巷道设计和掘进时就为预期的巷道缩小量而预留备用断面、在巷旁留护巷煤柱或砌筑人工保护带、将巷道布置在坚硬岩层中或布置在应力降低区域内等等； 巷道支护借助于各种矿山支架，去预防巷道围岩产生过度变形和防止巷道冒顶片帮等，以保证巷道正常使用； 巷道修护对已经支护过但由于某种原因而产生过度变形或破坏而无法正常使用的巷道，为了改善已经恶化的维护状况和恢复其稳定性所采取的一些补救措施，如巷道补棚、步柱、扩帮、起底、更换已损坏的支架构件甚至重新支护等。 2、巷道矿压控制途径 分析目前所采用的各种矿压控制方法，从其对付矿压的原理来看，不外乎抗压、让压、躲压、移压四种控制途径。 抗压通过提高支架的支撑能力或提高支护密度等方法，用加强支护的手段去抑制或减少围岩的移动，增强巷道的抗变形能力。如增大型钢的重量、提高支架的承载能力、充填支架背后的空间等。这种原理的优点是巷道布置的地点和掘巷时间可不受限制，但所需要的支护材料量较大，支护劳动量大，巷道支护成本较高。 让压在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重损坏的前提下，依据支架-围岩相互作用关系原理，允许围岩产生一定变形，以释放掉一些能量，从而大大降低围岩对支架造成的压力。如采用有一定工作阻力的大可缩量支架、为巷道受压收缩预留备用断面、允许巷道底鼓然后进行机械起底等。该方法在一定程度上利用围岩自承力，减轻支架受载，应用得当可实现无维护巷，对生产极为有利，但会增加支架结构的复杂性或多支出掘进和起底费用。 躲压根据工程体周围应力重新分布特点和规律，在巷道位置的选择上将巷道布置在低压区内，从时间或空间上躲避开高压力的影响和作用。如在煤体边缘下方的低压区域内布置巷道、错过高压作用时间、待压力充分稳定后再掘进巷道等。该原理可以在不同程度上减轻巷道受压，有利于支护工作，但有时要多开掘一些辅助巷道（如联络巷等），或要求延迟掘进时间，不利于采掘接替工作。 移压在“硬点多载”规律指导下，通过人工方法将巷道围岩松动，形成卸压槽孔或其它形式的卸压空间，保持自身整体稳定的条件下，降低自身的承载能力，迫使载荷转移到离巷道较远的地点，达到减轻巷道受压的目的。如在巷道底板或巷帮中形成卸压槽孔、宽面掘进或在巷旁故意留出卸载空间、用跨采工作面使巷道得到卸载等。为转移压力所布置的巷道在地点和时间上可不受限制，但要增加额外工作量和有关额外费用。 但由于每种矿压控制原理各有利弊，故有时也将两种以上原理配合使用，如采用“躲压移压”、“躲压让压”等联合控制措施等，以取得更为理想的护巷效果。 三、“支架-围岩”相互作用关系及原理 【笔注】 1、“支架-围岩”相互作用关系 （1）在“支架-围岩”力学平衡关系中，支架只能承担极其有限的一小部分载荷，支架这个微小的作用能在一定程度上起到抑制围岩稳定状况进一步恶化，限制巷道松动范围内的围岩移动，防止个别危岩冒落等作用； （2）围岩不仅具有自承力，而且还是一种天然承载构件，但是，围岩的承载能力不是无限制的，它必须在保证安全的前提下寻求这种合理的“支架-围岩”相互作用关系。 2、井巷“支架-围岩”相互作用原理 （1）如果只允许巷道围岩产生微量位移，则势必要求开巷后立即安设完全刚性的支架。这种工作方式是不经济的，因而也是不合理的； （2）如果开巷后没有进行及时支护或安设的是缓增阻型的大可缩量支架，则围岩将在基本上不受阻碍的状态下使移动量发展到很大，这时支架承受的载荷可以很小；从理论上说这是经济的工作方式，然而实际上这种工作方式难以实现，显然这种工作状态是不安全的，因而也是不能采用的； “支架-围岩”相互作用原理图 ③ 大多数支架是具有一定可缩量和有限承载力的结构，而且是在巷道开掘以后经过某一段时间才安设，因此实践中总是不得不允许围岩产生一定程度的位移和变形，所以通常支架总是在位移曲线1的AC段内工作。从安全和经济统一的观点可知合理的“支架-围岩”相互作用关系应取支架工作特性曲线2与围岩位移特性曲线1的交点保持在离C点不远的左侧，如图中E点。这时支架受载虽然稍大于C点，但能获得既经济又安全的效果，因而也是支架与围岩相互作用和共同承载的最佳工作点。 3、“支架-围岩”相互作用原理的应用 （1）二次支护； （2）柔性支护； （3）带有变形空间的支护。 四、巷道围岩的控制原则 【笔注】 1、时间原则 2、充分利用围岩自承能力原则 3、“支护-围岩”一体化原则 4、设计、施工、监测一体化原则 总之，在充分考虑“支架-围岩”相互关系的基础上，要从技术上可行、经济上合理的角度出发，通过采取合理的支护方式和合理的支架安设时间，充分发挥围岩的自承能力和支撑能力，达到“支架-围岩”共同支护保持围岩稳定的效果，以求保证巷道在使用期间内的安全。 【 教学后记】 5