煤矿顶板事故防治讲义.pptx

第一章 掘进巷道支护;一、矿山压力的概念 煤矿在开采生产中必然要开挖一系列的井筒、巷道、硐室及采掘工作面等地下空间，它们的开凿破坏了原始岩体内的应力平衡状态，引起岩体内部应力重新分布，直至重新形成新的平衡状态为止。矿山压力正是由于地下采掘活动的影响而引起的岩层作用在井巷、硐室和采掘工作面周围煤岩体中以及支护物上的各种力的总称，简称矿压，也称地压。? ;在矿山压力作用下，会引起许多外在的力学现象，如顶板下沉、底板鼓起、巷道变形、岩体破坏甚至大面积冒落、煤壁片帮或突然抛出、支架变形或损坏、以及大量岩层移动、地表塌陷等。这些在矿山压力作用下，围岩或各种人工支护物呈现的各种力学现象，统称为矿山压力显现，简称矿压显现。 ;（一）掘进工作面巷道围岩应力分布 巷道开掘后，顶板岩石就暴露出来，如不进行支护，巷道顶板岩层便失去支撑，开始弯曲下沉，出现一些逐渐扩大、增多的纵横交错的裂缝，导致原来的整体顶板岩石破坏、冒落。这样由;自然平衡拱形成以后，支架上只承受拱内岩石的重力，并达到稳定，其大小随拱的形状和大小而变，称为拱形压力。拱外岩石重量由拱承担，拱内形成压力降低区，这时拱上部的压力由巷道两侧的岩石来支承，因而在巷道两侧形成了压力升高区。这时把巷道两侧所承担的压力叫支承压力。 经采动影响使应力重新分布后，作用在井巷周围岩体中及支护物上的力叫做巷道矿山压力，简称巷道矿压。巷道矿压的大小主要受巷道所处深度、巷道断面大小、地质构造、围岩性质等因素的影响： ? ;（1）深度的影响。一般巷道围岩中原岩应力的大小与上覆岩层重量成正比，造成浅部巷道的压力较小主要表现在顶板，深部巷道的压力较大，并作用于巷道四周，容易出现底臌现象。 （2）巷道断面大小的影响。巷道越宽，所形成的自然越大，产生的巷道矿压也越大。 （3）地质构造的影响。在向斜轴、背斜轴、断层附近等构造应力集中处，矿压也越大。 （4）围岩性质的影响。围岩强度的大小及稳定程度是影响巷道矿压的主要因素：岩石坚硬、稳定，则产生的矿压小；岩石松软破碎、不??定，则产生的矿压大。? ;（二）巷道矿压 1．顶 压 掘进巷道后，暴露出来的顶板必然向下弯曲，并在巷道中间弯曲较大，在巷道两帮弯曲较小；顶板以及距顶板较近的上部岩层弯曲大，距顶板较远的上部岩层弯曲小。在弯曲大的部分上下岩层之间就会出现裂隙，叫做离层。此时，如巷道无支架支撑，裂隙和离层继续发展，最后顶板就会冒落，最后形成自然平衡拱。如果巷道开掘后立即支护，支架就能阻止或减小岩石弯曲变形和移动。顶板弯曲变形和移动的岩石压在支架上的力叫顶压。 顶压的大小决定于冒落拱的形状和大小，而拱的大小同顶板岩石性质和巷道宽度有关。在松软岩层中，平衡拱一般为抛物线形；在坚硬有层理岩石中，平衡拱一般近似三角形；在中硬岩石中，平衡拱介于上述二者之间。;2．侧 压 侧压是指巷道两帮岩体对支架的压力。巷道侧压是由于两帮岩石或煤向巷道内挤压而形成的，其大小与两帮岩石性质及所承受的支承压力的大小有关。巷道所处深度越大，在巷道两帮所产生的支承压力就越大，两帮岩石破坏就越严重，作用在支架上的压力也就越大。而两帮岩石较软或稳定性较差时，遭受破坏就较严重，作用在支架上的压力也就越大。 一般巷道开掘后，在巷道的两帮形成支承压力，两帮岩石承受的支承压力超过本身强度时，就会向巷道中间挤出。这种变形使巷道两帮逐渐移近，如果巷道两帮不支护或支护壁后的充填不密实，变形得不到控制，继续发展下去就会造成片帮。片帮后，新暴露出来的两帮会继续向巷道中间挤出，即继续片帮，此时巷道压力会急速增加。;3．底 压 在侧压的作用下，巷道底板将会产生向上的压力，称为底压。底压会使底板岩层弯曲鼓起、离层或破裂。一般巷道往往不设支架底梁阻止底鼓，仅是靠底板岩层本身的强度和重量阻止底压，所以有时底板向上鼓起要比顶板下沉、两帮移近容易得多，也严重得多。 巷道底鼓的破坏作用很大，主要表现在减少巷道的实际断面，造成通风、行人和运输困难，以致影响安全。底鼓破坏了底板的完整性，挤碎了底板，使支架两帮的柱腿容易插入底板，减少了支架支撑能力，使顶板下沉、破碎，从而给巷道维护带来困难。底鼓会圾坏轨道、输送机、水沟等巷道设施，影响生产。;第二节 掘进巷道支护 在地下开掘巷道后，破坏了周围岩体的应力平衡，岩体就会向巷道空间挤压，出现矿山压力，使井巷发生变形甚至坍塌。为了维持巷道必要的断面规格，防止围岩发生危险的变形和垮落，保证施工人员的安全，必须设置支撑结构物对井下井筒、巷道和硐室的巷道压力进行支撑。为抵抗巷道压力而支撑巷道岩壁的结构物称为支架。设置巷道支架的施工方法和施工过程称为支护。 巷道支护形式和支护材料的选择应综合考虑巷道的用途，巷道服务年限，巷道断面形状及围岩压力的大小等因素。常用的巷道支护形式有架棚支护、砌碹支护和锚喷