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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) bjianb@163.com) 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 1??? 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。 1??? 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。 1??? 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。 2??? 巷道围岩塑性区分布 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 大面积开采,采动支承压力和不同护巷方式引起。 3 巷道围岩不均匀整体下沉和局部上升 4 沿空巷道围岩大、小结构稳定性原理大、小结构概念 大结构:包括直接顶(顶煤)、老顶及其上载荷岩层的结构。 小结构:锚杆支护与围岩形成的锚固体。 4 沿空巷道围岩大、小结构稳定性原理 大结构的稳定性分析 4 沿空掘巷围岩大、小结构稳定性原理 4 沿空掘巷围岩大、小结构稳定性原理 4 沿空掘巷围岩大、小结构稳定性原理 三角块结构失稳的方式主要有2种,即滑落失稳和转动失稳。 滑落稳定性系数K1;转动稳定性系数K2,即: 4 沿空掘巷围岩大、小结构稳定性原理 掘巷前、掘巷后:三角块结构均保持稳定。 采动影响期间:三角块结构的回转下沉是沿空巷道围岩大变形的主要原因之一;随采高增加,沿空掘巷维护难度增加,大采深时应防止发生回转失稳,在煤软、大采深时应防止发生滑落失稳。 掘巷期间综放沿空掘巷支护效果 工作面前方10m处支护效果实照图 5 动压巷道底鼓机理 5.1 机理 巷道两帮下沉引起底鼓。两帮下沉、底角破坏,水平应力挤压,底板浅部鼓起,顶板下沉、离层 。 Q(y) 作用下,M点的垂直位移ux 等于上式在[a,b]区间上的积分。 (1) 锚杆加固顶角 FLAC 计算 顶板下沉量减少42% 底鼓量减少14% (2) 锚杆加固两帮及底角、顶角 有显著降低围岩移近量效果 当加固帮、底角不能满足需要时,可增加顶角加固 2)我校邹喜正教授根据围岩强度与岩体应力对我国矿井巷道的极限深度提出的见解。 6.3 巷道布置 (1) 巷道布置 从巷道围岩稳定角度来谈布置。要保持围岩稳定,布置巷道时应考虑围岩强度与岩体应力。 6.3 巷道布置 采动引起的应力重新分布 6???? 巷道围岩控制的基本途径 6.1 影响巷道围岩稳定性的三大因素 围岩强度、岩体应力、支护技术 1)前苏联阿尔达晓夫、巴仁根据巷道垂直应力γH与底板单轴抗压强度R的比值作为判断巷道是否底鼓的准则: 稳定的(不底鼓): 中等稳定(有底鼓): 不稳定(强烈底鼓): 0.6 围岩单轴抗压强度/MPa 巷道极限深度 /m 20 150 20~30 300~400 30~60 650~750 60 1000 中国矿业大学(北京)何满朝教授通过对深部巷道稳定性研究、根据巷道维护难度分类提出了不同岩层的极限深度。 3)支护技术 从轴对称圆巷的弹塑性分析——卡斯特纳方程中可以看出:由于支护反力P的作用,加大了塑性区应力而减小了塑性区半径。 6.2 基本途径 (1)提高围岩强度 布置在稳定岩层中;布置锚杆,强化围岩强度;围岩注浆,提高岩体强度;封闭、疏干、防风化,防止围岩碎裂、强度降低 (2)减小岩体应力 合理布置巷道:时间、空间上减少巷道承受支承压力影响,巷道布置在应力降低区;合理设计煤柱尺寸;考虑最大水平应力的影响 巷道卸压:跨采进行巷道卸压;开槽卸压;震动爆破卸压;布置卸压峒室卸压 6.2 基本途径 (3)巷道支护 巷道金属支架 作
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