7.(第七章)准巷道矿压控制.pptVIP

? 第一节????? 准备巷道围岩应力分布与矿压显现 ? 一、巷道围岩的应力分布状态 （一）围岩应力分布与应力集中概念 经采动的岩体，在巷道开掘以前，通常处于弹性变形状态，岩体的原始垂直应力P为上部覆盖岩层的重量γH（岩体的容重与埋藏深度的乘积）。在岩体内开掘巷道后，岩体内部会发生应力重新分布，即巷道围岩内出现应力集中。当巷道围岩应力小于岩体强度，这时岩体物性状态不变，围岩仍处于弹性状态。如果围岩局部区域的应力超过岩体强度，则岩体物性状态发生变化，巷道周边围岩产生塑性变形，并从周边向岩体深处扩展到某一范围，在巷道围岩内出现塑性变形区，同时引起应力向围岩深部转移。巷道塑性变形区和弹性变形区内的应力分布如图１所示。在塑性区内圈（A），围岩强度明显削弱，能够承担的压力显著降低，且低于原始应力γH，围岩发生破裂和位移，称破裂区，为卸载和应力降低区。塑性区外圈（B）的应力高于原始应力，它与弹性区内增高部分增高部分均为承载区，也称应力增高区。 （二）支承压力及其形成 准备巷道的矿压显现比不受开采影响的单一巷道要复杂得多，它的维护状态除取决于影响单一巷道维护的诸因素外，主要取决于采动影响，即煤层开采过程中采场周围的岩层运动和应力重新分布，对准备巷道的变形、破坏和维护的影响。 采用长壁工作面采煤时，沿回采工作面推进方向，不规则垮落带处于松散状况，上覆岩层大部分呈悬空状态（图2和图3），悬空岩层的重量要转移到工作面前方和采空区两侧的煤体的煤柱上。 此时在采空区为低于原岩应力γH的应力降低区，在工作面前方 和煤柱上，出现比原岩应力大的增高应力（KγH），称支承压力，K为应力集中系数。回采引起的支承压力，不仅对本煤层的巷道布置危害很大，而且也严重影响布置在回采空间周围的底板岩巷和邻近煤层巷道。因此，减轻或避免支承压力的危害和影响以改善巷道维护状态，是选择巷道布置方式和护巷煤柱宽度的重要原则。支承压力是矿山压力的重要组成部分，研究支承压力控制问题有着极其重要意义。 回采工作面后方，随着采空区上覆岩层沉降，垮落岩石逐渐被压缩和压实，垮落带和底板岩层的压力恢复到接近原岩应力γH，采空区两侧煤柱的应力随之逐渐降低并趋向稳定，为应力稳定区。所以，煤柱上的支承压力，应力增高系数K，是随巷道某地段离正在推进的回采工作面的距离及采动影响时间的延续而变化的。 (三) 移动支承压力与固定支承压力 煤层开采后，已采空地区上方岩层重量将向采空区周围新的支承点转移，从而在采空区四周形成支承压力带（图4）。工作面前方形成的超前支承压力，由于它随工作面推进而不断向前转移，故又称移动支承压力或临时支承压力。工作面沿倾斜和仰斜方向上下两侧及开切眼一侧煤体上形成的支承压力，在工作面采过经一段时间后不再发生明显变化，故称为固定支承压力或残余支承压力。 　支承压力的显现特征通常以其分布范围、分布形式和峰值大小来表示,所谓峰值是指支承压力显现区内集中应力的最大值。对于移动支承压力，应力集中系数K＝2～4，对于固定支承压力一般K＝2～3。 回采工作面推过一定距离之后，采空区上方岩层运动将逐渐稳定，采空区内的某些地点的冒落矸石也会逐渐受到压实，使上部未冒落岩层在不同程度上重新得到支承。因此，在离工作面一定距离的后方采空区内，也可能出现峰值较小（K＝1～1.3）的支承压力，称为采空区支承压力，但采空区内大部分地点并不出现这种支承压力，即通常K＜1。 除此之外，相邻的两个采空区所形成的支承压力会在某些地点发生互相叠加，通常称为叠加支承压力。叠合支承压力的峰值可能比原岩应力增高4～6倍（即K＝5～7），有时甚至更高。 二、准备巷道支承压力分布与矿压显现 （一） 水平巷道围岩应力与矿压显现的规律 掌握水平巷道围岩应力与矿压显现规律，对于正确选择巷道的支护型式，确定合理的支护参数，有效地控制巷道矿压、改善巷道维护有重要意义。 下面以区段岩石集中平巷为例介绍水平巷道围岩应力与矿压显现的规律。区段岩石集中平巷在上部煤层回采的影响下，由于位置不同，巷道的受力状况和围岩变形有很大差别，按巷道与上部煤层回采空间的相对位置，将底板岩巷布置归纳为图5的六种情况，以上六种巷道在上部煤层采动影响期间的受力状况归纳如表1所示。 巷道从开掘到报废期间的围岩变形量。将Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ三个采动影响时期的围岩变形量划分为由采动引起的附加变形量（图6、7）和采动影响稳定期间的变形量两部分 （三） 倾斜巷道围岩应力与矿压显现的规律 下面以上（下）山为例介绍倾斜巷