回采巷道礦壓理論

§8.1煤層巷道開(kāi)掘的位置和時(shí)間§8.2回采巷道圍巖變形量預(yù)計(jì)方法§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法§8.4回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法第八章回采巷道礦壓理論《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.1煤層巷道開(kāi)掘的位置和時(shí)間8.1.1再談支承壓力分布①當(dāng)σ峰值﹥?chǔ)襝時(shí)塑性破壞狀態(tài)(邊緣)②基本頂裂斷后形成內(nèi)、外應(yīng)力場(chǎng)③

我國(guó)目前開(kāi)采狀況●深度通常100m～600m●大部分回采工作面煤體邊緣進(jìn)入了塑性狀態(tài)●一些煤體邊緣始終處于彈性變形狀態(tài)●支承壓力分布呈單調(diào)曲線，高峰在煤體邊緣上《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時(shí)巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間煤體邊緣處于彈性狀態(tài)條件下的沿空留巷方案特點(diǎn)①基本頂裂斷，頂板下沉量?、趶椥宰冃螤顟B(tài)，頂板下沉量小、幫壓?、壑С袎毫Ω叻?，巷道底膨量小結(jié)論：在無(wú)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)條件下，采用沿空留巷維護(hù)一般是比較容易（特別是在有相應(yīng)的支護(hù)手段時(shí)）圖8.1在煤體邊緣處《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.1煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下留巷的圍巖狀況8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時(shí)巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷開(kāi)掘的位置和時(shí)間●煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)如圖8.2①上區(qū)段工作面后方支承壓力高峰在煤體邊緣②下區(qū)段工作面前方疊加支承壓力高峰仍在煤體邊緣或進(jìn)入煤體內(nèi)部●可能送巷位置有3種：沿空送巷（位置1）、小煤柱的送巷（位置2）大煤柱送巷（位置3）●實(shí)踐表明，基本頂觸矸后沿空送巷是比較合理的。8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時(shí)巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.2煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下側(cè)向煤體上支承壓力分布Ⅰ—上區(qū)段工作面后方側(cè)向煤體上支承壓力分布Ⅱ—下區(qū)段工作推進(jìn)時(shí)疊加支承壓力分布（高峰在煤體邊緣）Ⅲ—下區(qū)段工作面推進(jìn)時(shí)疊加支承壓力分布（高峰進(jìn)入體內(nèi)煤部）8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時(shí)巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間上區(qū)段采空區(qū)123ⅠⅡⅢ《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷開(kāi)掘的位置和時(shí)間

●

觸矸前,基本頂回轉(zhuǎn)來(lái)壓時(shí)頂板下沉大圖（a）●觸矸后,不受頂板顯著運(yùn)動(dòng)影響圖（b）沿空送巷煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下應(yīng)在基本頂觸矸后（a）基本頂觸矸前送巷(b)基本頂觸矸后送巷結(jié)論圖8.3送巷時(shí)間對(duì)巷道頂板下沉的影響《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.4巷道受采動(dòng)影響的過(guò)程a—巖層處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)階段b—巖層顯著運(yùn)動(dòng)階段c—覆巖穩(wěn)定階段d—壓力疊加階段→工作面后方兩側(cè)煤體上支承壓力分布隨覆巖運(yùn)動(dòng)發(fā)展的過(guò)程包括四個(gè)階段。圖8.48.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時(shí)巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間(a)(b)(c)(d)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.3

煤體邊緣進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間沿空留巷方案●圖8.4（c）

①煤體邊緣進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)②留巷的頂板下沉、底板膨起、兩幫移近都較大③留巷在頂板活動(dòng)穩(wěn)定后處于應(yīng)力降低區(qū)，改善巷道維護(hù)狀況●沿空留巷優(yōu)點(diǎn)與送巷比，巷道掘進(jìn)率低，掘進(jìn)工程量和掘進(jìn)費(fèi)用少保證回采工作的連續(xù)性，利于集中生產(chǎn)，改善采掘接替關(guān)系③可避免因地質(zhì)變化造成的停采待掘現(xiàn)象，能提高工作面單產(chǎn)《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷的位置和時(shí)間①頂板運(yùn)動(dòng)和支承壓力分布對(duì)送巷的位置和時(shí)間的影響

決定于決定于送巷位置

送巷時(shí)間

內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的范圍基本頂運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過(guò)程巷道變形明顯變形負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減隨時(shí)間延長(zhǎng)應(yīng)力重新分布過(guò)程②不同送巷位置和時(shí)間時(shí)的礦壓顯現(xiàn)與護(hù)巷效果《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷的位置和時(shí)間●根據(jù)厚煤層分層開(kāi)采時(shí)上下區(qū)段及各分層工作面間的銜接關(guān)系，厚煤層中、下分層送巷方式主要有四種，如圖8.9圖8.9厚煤層中下分層送巷方式a—在上分層已穩(wěn)定附近無(wú)煤柱影響的采空區(qū)下方送巷b—在上分層一側(cè)采空的煤體邊緣附近送巷c—在上分層兩側(cè)采空的煤柱邊緣附近送巷d—在本分層煤體邊緣送巷(a)(b)(c)(d)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間①在上分層已穩(wěn)定附近無(wú)煤柱影響的采空區(qū)下方送巷◆

巷道處于靜壓狀態(tài)◆只受本分層工作面回采時(shí)超前壓力的作用◆若圍巖為中等穩(wěn)定以上，其維護(hù)狀況一般都較好

→受采動(dòng)影響期間圍巖變形速度一般為0.8mm/d～1.0mm/d

→受采動(dòng)影響的圍巖變形量120mm左右

→巷道整個(gè)服務(wù)期間的變形量一般為200mm～400mm如圖8.10所示《礦山壓力與巖層控制》精品課件1—位于上分層已穩(wěn)定的采空區(qū)下方；2—位于上分層一側(cè)采空的煤柱邊緣下方圖8.10厚煤層中下分層巷道圍巖變形10203040506070809010020010004812距工作面(m)2121頂?shù)装逡平?mm)頂?shù)装逡平俣?mm/d)B128.1.4厚煤層中、下分層巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間②在上分層一側(cè)采空的煤柱邊緣附近送巷●上分層煤體邊緣至基本頂觸矸點(diǎn)之間的

只受垮落矸石重量的作用

不再受頂板活動(dòng)的動(dòng)力作用垂直方向和水平方向均處于卸壓狀態(tài)送巷后的變形量較小●中下分層巷道布置要求在基本頂顯著運(yùn)動(dòng)結(jié)束后與上分層巷道重疊布置，但內(nèi)錯(cuò)位置不能超過(guò)基本頂觸矸點(diǎn)。下分層煤體上分層工作面基本頂顯著運(yùn)動(dòng)結(jié)束后《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間③上分層兩側(cè)采空的煤柱邊緣附近送巷

●上分層兩側(cè)采空的煤柱（寬度不太大）上：支承壓力較大，受下分層回采影響后又會(huì)升高

沿煤柱邊緣下方掘進(jìn)的下分層巷道周?chē)后w穩(wěn)定性極差

●改善巷道維護(hù)狀況

巷道與上分層兩側(cè)已采煤柱之間保持5～10m的水平距離頂壓、側(cè)壓較大底膨非常嚴(yán)重《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間④在本分層（中下分層）煤體邊緣送巷

●

受上分層工作面和本分層相鄰工作面回采影響：

a煤體邊緣處于高度卸壓狀態(tài)

b上覆巖層顯著運(yùn)動(dòng)后沿空掘巷應(yīng)力擾動(dòng)很小●

中下分層在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中留小煤柱送巷的效果不如上分層：

a中下分層煤體受多次采動(dòng)影響

b送巷后削弱了煤體的支撐能力

c煤體將處于塑性流動(dòng)狀態(tài)

d巷道圍巖變形量很大，支護(hù)困難

《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開(kāi)掘位置和時(shí)間厚煤層中下分層沿空留巷●厚煤層（特別是其中下分層）沿空留巷圍巖變形量大

巷道維護(hù)困難對(duì)支架縮量和承載能力要求較高●中分層沿空留巷狀況頂?shù)装逡平磕苓_(dá)到采厚的30%～50%

斷面收縮率高達(dá)35%～50%特點(diǎn)《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.2回采巷道圍巖變形量預(yù)計(jì)方法8.2.1巷道圍巖變形過(guò)程及組成（1）沿空留巷的圍巖變形沿空留巷在整個(gè)服務(wù)期間其圍巖變形過(guò)程可分為七個(gè)階段（如圖8.13）Ⅰ.巷道開(kāi)挖破壞原始應(yīng)力狀態(tài)Ⅱ.應(yīng)力重新分布趨向穩(wěn)定，煤層的流變性質(zhì)導(dǎo)致圍巖變形Ⅲ.上區(qū)段工作面超前支承壓力作用下，圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大Ⅳ.基本頂巖梁運(yùn)動(dòng)使頂板快速下沉，下沉量大Ⅴ.基本頂觸矸后，采空區(qū)矸石壓實(shí)，圍巖移近速度趨于穩(wěn)定《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.2回采巷道圍巖變形量預(yù)計(jì)方法Ⅵ.頂板活動(dòng)和應(yīng)力分布趨向穩(wěn)定后，圍巖仍呈現(xiàn)出流變性Ⅶ.受下區(qū)段工作面回采影響時(shí)，產(chǎn)生巷道圍巖變形ⅦⅥⅤⅣⅢⅡⅠ掘進(jìn)工作面u0u1u2u3u4上區(qū)段工作面下區(qū)段工作面圖8.13沿空留巷圍巖變形過(guò)程《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.1巷道圍巖變形過(guò)程及組成（2）沿空送巷①基本頂觸矸后,內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中送巷巷道的變形量為：（8.2）②沿空留巷的變形量主要由、、構(gòu)成③正確選擇送巷時(shí)間是決定其變形量大小的關(guān)鍵、、

基本頂（觸矸后）（裂斷回轉(zhuǎn)來(lái)壓前）變形量遠(yuǎn)小于留巷變形量增加《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.2

巷道圍巖變形量預(yù)計(jì)沿空留巷的圍巖變形

①主要由巖梁彎曲沉降和顯著運(yùn)動(dòng)引起②巷道頂板下沉量由基本頂運(yùn)動(dòng)的位態(tài)決定a沿空留巷上方基本頂巖梁顯著運(yùn)動(dòng)后形不成三鉸拱結(jié)構(gòu)b巷道要經(jīng)歷覆巖運(yùn)動(dòng)發(fā)展到穩(wěn)定的全過(guò)程c支架不可能限制基本頂巖梁的運(yùn)動(dòng)，只能限制直接頂運(yùn)動(dòng)留巷的主要變形量的預(yù)計(jì)①實(shí)測(cè)確定基本頂巖梁運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)

②特別是端部裂斷、采空區(qū)觸矸位置《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.14留巷受頂板運(yùn)動(dòng)影響的狀況留巷受頂板運(yùn)動(dòng)影響的狀況如圖8.14LChmzKmzΔh8.2.2

巷道圍巖變形量預(yù)計(jì)《礦山壓力與巖層控制》精品課件若K=KA（KA為巖石碎脹系數(shù)），則上式為巖梁彎曲下沉和顯著運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的巷道變形量u2：同理，壓實(shí)矸石過(guò)程中的巷道變形：式中h—采高，m；mz—直接頂厚度，m；C—巷道中線與巖梁端部裂斷線到觸矸點(diǎn)間水平距離，m；L—巖梁懸跨度（端部裂斷線到觸矸點(diǎn)間水平距離），m；KA-—巖石碎脹系數(shù)，1.30～1.35；Kc—矸石壓實(shí)后的殘余碎脹系數(shù)，1.00～1.05。圖8.14表明以下關(guān)系：《礦山壓力與巖層控制》精品課件●受頂板活動(dòng)影響造成的總變形量

●與留巷的頂板下沉量有關(guān)的因素

①采高、巖梁裂斷跨度、巷道寬度②端部裂斷線距煤體邊緣的距離（內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍）

●

送巷的變形量取決于送巷的位置和時(shí)間

送巷的時(shí)間不同，同一位置送巷的變形量可能相差很大8.2.2

巷道圍巖變形量預(yù)計(jì)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.3影響巷道圍巖變形量的因素地質(zhì)因素

頂板條件

底板條件

開(kāi)采深度基本頂巖梁的運(yùn)動(dòng)對(duì)留巷頂板下沉量影響大底板巖性對(duì)底膨量的影響大開(kāi)采深度大，支承壓力也大煤體塑性破壞范圍就越大《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.3影響巷道圍巖變形量的因素開(kāi)采因素①巷道開(kāi)掘的位置和時(shí)間

變形量不同②支護(hù)阻力的大小

一定程度上限制圍巖變形③采高與巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平砍删€性關(guān)系增加④巷道寬度

與留巷的頂板下沉成線性增長(zhǎng)⑤巷道高度

與頂?shù)装逡平砍删€性關(guān)系增長(zhǎng)《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法8.3.1分類的依據(jù)影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素穩(wěn)定性地質(zhì)因素生產(chǎn)技術(shù)巷道圍巖狀地應(yīng)力開(kāi)采影響取決于主要因素回采巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分類主要依據(jù)是影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素，圖示如下《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素①巷道圍巖強(qiáng)度較軟弱的圍巖巷道難以維護(hù)較堅(jiān)硬的圍巖巷道易于維護(hù)《礦山壓力與巖層控制》精品課件巷道頂、底板移近率（%）同圍巖強(qiáng)度σ（MPa）的關(guān)系：

巷道一側(cè)采空時(shí)為

（8.8）巷道兩側(cè)為實(shí)體煤時(shí)，則

（8.9）式中H—巷道埋藏深度，m?！?.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法8.3.1分類的依據(jù)②地應(yīng)力地應(yīng)力是引起圍巖變形和破壞的根本作用力圖8.19不同圍巖頂?shù)装逡平逝c巷道埋深的關(guān)系圖8.20不同圍巖頂?shù)装逡平逝c巷道埋深的關(guān)系（巷道一側(cè)采空）（巷道兩側(cè)為實(shí)體煤）1002003004005006001020304050020MPa50MPa70MPa巷道埋深H(m)頂?shù)装逡平蔏(%)1002003004005006001020304050020MPa50MPa70MPa巷道埋深H(m)頂?shù)装逡平蔏(%)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.3.1分類的依據(jù)

●一般地應(yīng)力包括

→

上覆巖層的自重應(yīng)力

→

地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力→采動(dòng)引起的集中應(yīng)力目前條件下，僅考慮自重應(yīng)力（γH）的影響●巷道埋深（自重應(yīng)力）對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響no頂?shù)装逡平孰S之增加巷道埋深圍巖變形強(qiáng)烈圍巖變形較小圍巖強(qiáng)度較大時(shí)圍巖強(qiáng)度較小時(shí)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.3.1分類的依據(jù)（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素③巖體完整性

●反映地質(zhì)弱面和構(gòu)造的程度●以巖體完整性指數(shù)表示

目前，適于煤系地層特點(diǎn)的指標(biāo)

圍巖的節(jié)理裂隙間距與分層厚度表示巖體完整性《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.21頂板垮落高度與裂隙數(shù)目的關(guān)系（蘇聯(lián)）圖8.22垮落巖石量與50m厚頂板巖層分層厚度的關(guān)系（蘇聯(lián)）0510152025300.51.01.5暴露工作面1米的裂隙數(shù)(條)頂板冒落高度(m)有層面滑動(dòng)兩組或多組裂隙一組裂隙73111519050100150200250頂板巖層分層數(shù)目(層)冒落巖石體積(m)38.3.1分類的依據(jù)頂板垮落狀況與頂板裂隙和分層厚度有密切關(guān)系

圖8.21、圖8.22

《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.3.1分類的依據(jù)圖8.23直接頂初次垮落步距同節(jié)理裂隙間距、分層厚度的關(guān)系圖8.24頂?shù)装逡平逝c煤柱寬度的關(guān)系直接頂初次垮落步距與節(jié)理裂隙間距及分層厚度有密切關(guān)系：《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.1分類的依據(jù)（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素④開(kāi)采影響●移動(dòng)支承壓力是回采巷道圍巖變形和破壞的主要原因●反映開(kāi)采影響的指標(biāo)→直接頂厚度與采高的比值（N）反映基本頂來(lái)壓的強(qiáng)度→護(hù)巷煤柱寬度巷道圍巖變形率與煤柱寬度的典型曲線可表示為

—

圍巖變形率；X—護(hù)巷煤柱寬度；a、b

—常數(shù)（隨巷道圍巖狀況不同而不同）；C

—圍巖變形曲線峰值處的煤柱寬度。《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.1分類的依據(jù)（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素⑤其它影響因素●巷道圍巖變形量與巷道斷面尺寸正比

●地下水對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響地下水對(duì)相當(dāng)數(shù)量的巖石有軟化和泥化作用圍巖移近率

巷道寬度（或高度）增加而增加即頂?shù)装澹ɑ騼蓭停┮平颗c巷道高度（或?qū)挾龋┑谋戎怠兜V山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.2分類指標(biāo)分類指標(biāo)的原則科學(xué)性和實(shí)用性分類指標(biāo)

①圍巖強(qiáng)度指標(biāo)以頂板強(qiáng)度（σ頂）表示②煤層強(qiáng)度（σ煤）③底板強(qiáng)度（σ底）④埋藏深度（H）表示自重應(yīng)力的指標(biāo)⑤巖體完整性指數(shù)D以直接頂初次垮落步距（L）表示⑥直接頂厚度與采高比值（N）表示開(kāi)采影響的指標(biāo)⑦護(hù)巷煤柱寬度（X）《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟巷道圍巖穩(wěn)定性受多因素、多指標(biāo)的影響現(xiàn)代的模糊聚類分析方法①分類指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理巷道圍巖穩(wěn)定性與其影響因素的關(guān)系線性關(guān)系

在進(jìn)行分類或預(yù)測(cè)巷道類別時(shí)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理盡可能轉(zhuǎn)換成！《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟②數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化目的消除分類指標(biāo)量綱及絕對(duì)值大小之間差別的影響a無(wú)量綱化，公式為（8.20）式中X′—無(wú)量綱化后的原始數(shù)據(jù)；x、c—原始數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；X—原始數(shù)據(jù)?！兜V山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟②數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化B將數(shù)據(jù)壓縮到0與1之間，公式為（8.21）式中X″—無(wú)量綱化后壓縮到0與1之間的原始數(shù)據(jù)；—無(wú)量綱化后的最大、最小原始數(shù)據(jù)

③分類指標(biāo)加權(quán)處理區(qū)分各指標(biāo)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響程度在各指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)上乘以相應(yīng)的權(quán)值

minmax,XX￠￠采用多元回歸分析法確定的目的

加權(quán)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件（1）分類基本步驟分類指標(biāo)加權(quán)處理7個(gè)分類指標(biāo)的權(quán)值示于表8.4④標(biāo)定標(biāo)定就是計(jì)算出衡量被分類對(duì)象間相似程度的統(tǒng)計(jì)量rij(i，j=1,2,…，n。n為被分類對(duì)象的個(gè)數(shù))，從而確定論域U上的模糊關(guān)系矩陣R。表8.4分類指標(biāo)的權(quán)值指標(biāo)σ頂σ煤σ底NHWD權(quán)值0.1100.0300.2100.1100.1220.3000.118§8.3.3分類方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟⑤聚類→以模糊相似矩陣為基礎(chǔ)→以不同的閥值（λ）進(jìn)行截取，從而得到不同的分類《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（2）分類結(jié)果模糊聚類方法分析將巷道圍巖穩(wěn)定性分為5類

非常穩(wěn)定（Ⅰ）、穩(wěn)定（Ⅱ）、中等穩(wěn)定（Ⅲ）、不穩(wěn)定（Ⅳ）、極不穩(wěn)定（Ⅴ）（3）巷道類別的識(shí)別●以模糊聚類分析方法對(duì)巷道穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)

●巷道類別識(shí)別采用模糊綜合評(píng)判方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（3）巷道類別的識(shí)別各類別的聚類中心列于表8.5表8.5各指標(biāo)線性化后的聚類中心巷道類別σ頂σ煤σ底NH（m）WD（m）Ⅰ0.1026(95MPa)0.201(25MPa)0.1291(60MPa)0.03260024.3Ⅱ0.1414(50MPa)0.2357(18MPa)0.169(35MPa)2.353000.10514.9Ⅲ0.1826(30MPa)0.2887(12MPa)0.2887(12MPa)3.103800.36510.3Ⅳ0.1491(45MPa)0.251(16MPa)0.1826(30MPa)2.653400.57611.9Ⅴ0.201(25MPa)0.3015(11MPa)0.3015(11MPa)3.194100.7659.7《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.4回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)8.4.1巷道支架對(duì)圍巖的工作狀態(tài)●選擇支架對(duì)圍巖的工作狀態(tài)是支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)●如圖8.25為在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中送巷的方案圖8.25上覆巖層在工作面?zhèn)认颍ㄆ矫婀ぷ髅娴钠拭嫔希┑倪\(yùn)動(dòng)狀況《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.4回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)8.4.1巷道支架對(duì)圍巖的工作狀態(tài)●應(yīng)在基本頂觸矸后送巷，以避免由基本頂顯著運(yùn)動(dòng)給巷道造成很大的頂板下沉量●巷道支護(hù)對(duì)基本頂起到給定變形作用a避免直接頂與基本頂出現(xiàn)離層現(xiàn)象，盡可能減少巷道圍巖變形量；b確保直接頂有較好的穩(wěn)定性，保證安全生產(chǎn)。圖8.25表明《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.2巷道支護(hù)類型的選擇合理的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)巷道支護(hù)必須適應(yīng)基本頂巖梁的沉降支護(hù)類型的選擇（1）木支護(hù)

特點(diǎn)

適用性適應(yīng)性較強(qiáng)；不適于圍巖變形大、淋水、服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)、易自燃煤層的巷道

一般允許圍巖相對(duì)移近200mm左右《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.2巷道支護(hù)類型的選擇支護(hù)類型的選擇（2）拱形及環(huán)形可縮性金屬a支架金屬支架承載能力大b可多次復(fù)用c具有較大的可縮量拱形可縮性支架是目前可縮性支架中應(yīng)用最廣的一種形式（3）梯形金屬支架開(kāi)采深度不大、斷面小、壓力不太大的巷道特點(diǎn)

適用性《礦山壓力與巖層控制》精品課件a—三節(jié)式拱形；b—四節(jié)式拱形c—五節(jié)式拱形；d—加高式e—非對(duì)稱式；f—帶底拱的封閉式g—圓形；h—方環(huán)形

我國(guó)試驗(yàn)和推廣應(yīng)用的拱形和環(huán)形金屬可縮性支架如圖8.6所示。圖8.26拱形和環(huán)形金屬可縮性支架結(jié)構(gòu)形式8.4.2巷道支護(hù)類型的選擇《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.2巷道支護(hù)類型的選擇支護(hù)類型的選擇（4）錨桿支護(hù)作用支護(hù)效果加固底板（底板松軟時(shí)）與錨固力大小和圍巖性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等有關(guān)加固巷道頂板和兩幫《礦山壓力與巖層控制》精品課件

1—頂板金屬錨桿2—煤幫中木錨桿圖8.27煤層巷道錨桿支護(hù)頂板巖層多用金屬錨桿，煤幫多用普遍木錨桿或壓縮木錨桿《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.3支護(hù)方式確定的原則（1）采用聯(lián)合支護(hù)方式

①錨桿和棚子聯(lián)合支護(hù)

②巷內(nèi)永久加強(qiáng)支護(hù)

③巷內(nèi)臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)

④巷內(nèi)支架和巷旁支護(hù)聯(lián)合支護(hù)

1—巷內(nèi)基本支架2—巷內(nèi)臨時(shí)加強(qiáng)支架3—巷旁支架圖8.28巷內(nèi)支架與臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)、巷旁支護(hù)聯(lián)合支護(hù)方式圖8.28《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.3支護(hù)方式確定的原則（2）保持良好的支架工作狀態(tài)

支架的使用效果與掘巷工程質(zhì)量和支護(hù)質(zhì)量有關(guān)良好的壁后充填、拱形支架架間增設(shè)拉撐裝置充分發(fā)揮支架承載能力，提高穩(wěn)定性底板巖性松軟時(shí)，支架應(yīng)穿“鞋”或設(shè)置底梁No《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀

→

錨桿支護(hù)是一種主動(dòng)支護(hù)形式錨固平衡拱理論錨桿支護(hù)理論懸吊理論組合梁理論組合拱理論最大水平應(yīng)力理論全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論松動(dòng)圈理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論錨固力與圍巖變形量關(guān)系理論《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法①懸吊理論●錨桿支護(hù)作用將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。圖8.29所示●錨桿懸吊作用

a巖層的厚度、層數(shù)b巖層彎曲時(shí)相對(duì)的剛度與彈性模量c錨桿長(zhǎng)度、密度及強(qiáng)度等影響因素《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.29懸吊理論示意圖8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀②組合梁理論a巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板b可看作是由巷道兩幫作為支點(diǎn)的一種巖梁

c該巖梁能支承其上部的巖層載荷見(jiàn)圖8.30③組合拱理論●提出由蘭氏（TALang）和彭德（Pender）●理論a在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.30組合梁理論示意圖8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.31組合拱理論示意圖b若錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿的壓應(yīng)力維體相互交錯(cuò)，使巷道圍巖層形成連續(xù)的組合帶（拱）

圖8.31

③組合拱理論（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀④最大水平應(yīng)力理論a礦井巖層σ水平一般是σ垂直1.3~2.0倍bσ水平具有方向性cσ水平max一般為σ水平min的1.5~2.5●巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受σ水平影響圖8.32●σ水平max作用下，巷道頂?shù)装鍘r層發(fā)生剪切破壞●錨桿作用約束沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向巖層剪切錯(cuò)動(dòng),須有強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大的高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)因而《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.32不同巷道布置方向的應(yīng)力效應(yīng)8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀⑤全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論●提出由東北大學(xué)王明恕教授等●理論在靠近巖石壁面部分（錨桿尾部），錨桿阻止圍巖向壁面變形，剪力指向壁面。在圍巖深處（錨桿頭部），圍巖阻止錨桿向壁面方向移動(dòng)。錨桿上的剪力指向相背的分界點(diǎn)，稱為中性點(diǎn)，該點(diǎn)處剪應(yīng)力為零，軸向拉應(yīng)力為最大。由中性點(diǎn)向錨桿兩端剪應(yīng)力逐漸增大，軸向拉應(yīng)力逐漸減少圖8.338.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.33錨桿受力曲線8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀⑥松動(dòng)圈理論●提出中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授●圍巖松動(dòng)圈⑦圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論提出中國(guó)礦業(yè)大學(xué)侯朝炯教授等巷道固有特性聲波儀或者多點(diǎn)位移計(jì)范圍測(cè)定存在《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（1）錨桿支護(hù)理論現(xiàn)狀⑧錨固力與圍巖變形量關(guān)系理論⑨錨固平衡拱理論圍巖塑性破壞后，錨桿加固能顯著提高圍巖的殘余強(qiáng)度及承載能力。圍巖變形錨桿對(duì)圍巖錨固作用穩(wěn)定平衡錨固力依賴圍巖在較高的應(yīng)力狀態(tài)（能量狀態(tài)）下實(shí)現(xiàn)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（2）采動(dòng)影響的定量評(píng)價(jià)方法①煤柱尺寸與巷道圍巖變形的關(guān)系在同一地質(zhì)和巷道邊界條件下煤柱寬度與巷道圍巖變形之間非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系②不同采動(dòng)條件的應(yīng)力集中系數(shù)●影響巷道兩幫破壞范圍的因素物理力學(xué)性質(zhì)、埋深、巷道的服務(wù)時(shí)間、受采動(dòng)影響的程度●受采動(dòng)影響程度一般可用采動(dòng)應(yīng)力影響集中系數(shù)反映《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（3）煤巷錨桿支護(hù)基本模型●煤層巷道圍巖破壞的區(qū)域呈現(xiàn)拱狀圖8.36

●巷道破壞范圍輪廓可近似簡(jiǎn)化為圖8.37所示的拱狀結(jié)構(gòu)●滿足安全要求的煤巷描桿支護(hù)參數(shù)的確定原則①取描桿的有效長(zhǎng)度為破壞范圍或強(qiáng)烈變形區(qū)范圍的1.2倍②頂板錨桿錨固力總和是頂板破壞拱或強(qiáng)烈變形區(qū)內(nèi)重量的2倍，并由此來(lái)確定錨桿的間、排距《礦山壓力與巖層控制》精品課件1.83m2.16m2.5m

（a）雷達(dá)探測(cè)結(jié)果（b）數(shù)值模擬結(jié)果圖8.36巷道圍巖破壞范圍8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.37概化定量設(shè)計(jì)模型8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法bcaL=2a《礦山壓力與巖層控制》精品課件按照破壞拱的理論可以確定巷道兩幫破壞范圍為

（8.29）式中

—巷道周邊擠壓應(yīng)力系數(shù)，取

r—巷道巖層的平均容重；K—采動(dòng)影響系數(shù)；—幫單向抗壓強(qiáng)度，MPa；h—巷道高度，m；H—埋深，m；—煤層內(nèi)摩擦角，（°）?！兜V山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法（4）舉例

濟(jì)寧二號(hào)礦4304頂煤最大厚度可達(dá)2.5左右（巷道高度2.8m），上部泥巖厚度為1.6m左右，煤與泥巖復(fù)合形成的軟層頂板厚度最大可達(dá)4.1m左右；同時(shí)