動壓巷道圍巖控制理論

動壓巷道圍巖穩(wěn)定理論

與控制技術(shù)研究

中國礦業(yè)大學柏建彪（博士、教授）bjianb@163.com）1主要內(nèi)容1

概述2

巷道圍巖塑性區(qū)分布3

巷道圍巖不均勻整體下沉和局部上升4

沿空掘巷圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理5

動壓巷道底鼓機理6巷道圍巖控制的基本途徑21

概述動壓巷道：受采動支承應(yīng)力作用的巷道。1.1現(xiàn)狀占煤礦巷道80％以上。圍巖松軟，地應(yīng)力大，維護十分困難。31

概述1.2巖性和應(yīng)力特征

巖性：分層性質(zhì)顯著，強度小（特別兩幫）。應(yīng)力：側(cè)向支承應(yīng)力，超前支承應(yīng)力一次、多次采動影響應(yīng)力集中系數(shù)2～8。41

概述1.3重要性制約礦井高產(chǎn)高效和經(jīng)濟、社會效益，威脅礦井安全。礦井開采理論和技術(shù)的難點和重點。52

巷道圍巖塑性區(qū)分布62

巷道圍巖塑性區(qū)分布73巷道圍巖不均勻整體下沉和局部上升

大面積開采，采動支承壓力和不同護巷方式引起。

相似材料模擬試驗結(jié)果u1、u2、u3、u4、u5――下沉曲線D1、D2、D3――破斷曲線83巷道圍巖不均勻整體下沉和局部上升

94沿空巷道圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

大、小結(jié)構(gòu)概念

大結(jié)構(gòu)：包括直接頂（頂煤）、老頂及其上載荷巖層的結(jié)構(gòu)。

小結(jié)構(gòu)：錨桿支護與圍巖形成的錨固體。104沿空巷道圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析沿空掘巷與上覆巖層的結(jié)構(gòu)關(guān)系114沿空掘巷圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

M’－關(guān)鍵塊B的回轉(zhuǎn)力矩；M－本工作面老頂巖層斷裂，巖塊A的回轉(zhuǎn)力矩124沿空掘巷圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

三角塊受力分析圖134沿空掘巷圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

三角塊結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的方式主要有2種，即滑落失穩(wěn)和轉(zhuǎn)動失穩(wěn)。

滑落穩(wěn)定性系數(shù)K1；轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性系數(shù)K2，即:

144沿空掘巷圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

掘巷前、掘巷后：三角塊結(jié)構(gòu)均保持穩(wěn)定。

采動影響期間：三角塊結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)下沉是沿空巷道圍巖大變形的主要原因之一；隨采高增加，沿空掘巷維護難度增加，大采深時應(yīng)防止發(fā)生回轉(zhuǎn)失穩(wěn)，在煤軟、大采深時應(yīng)防止發(fā)生滑落失穩(wěn)。15小結(jié)濫構(gòu)的漂穩(wěn)定垮性分趴析1）沿俗空側(cè)幅護巷縮慧窄煤輸柱的心寬度式中熟：x1－因上戀區(qū)段談工作沾面開閉采而應(yīng)在下驚區(qū)段享沿空念掘巷狡窄煤績柱中舟產(chǎn)生童的破屬碎區(qū)獨，其霧寬度借為：x2—掀—巷道柱窄煤榆柱一亮幫錨愁桿有片效長架度，腐再增蹈加15％富傍裕系寬數(shù)，m；x3辨——增加飯的煤蜂柱穩(wěn)妥定性嘆系數(shù)撿，姻按0.擾2（x2辯+x3）計廢算162)強化彈圍巖熔強度寄，確侍度錨誘桿支羅護強構(gòu)度強化忘圍巖蘆強度堅后能熟在大妙結(jié)構(gòu)漁回轉(zhuǎn)溫下沉紗影響禾下保皺持圍晉巖穩(wěn)繼定，野保證慢足夠慘的錨夸桿初知錨力痕與支禿護強線度。3）綜眉放兩新道圍丈巖變咸形規(guī)亡律巷道應(yīng)圍巖半變形跨量對擁比表序?qū)Ρ软椖繉嶓w煤巷道沿空掘巷1頂板、兩幫變形110~152回采期間與掘巷期間圍巖變形比值1.2~1.55~63兩幫變形與頂?shù)装遄冃伪戎?2~2.517掘巷巨期間標綜放族沿空肚掘巷奇支護螞效果18工作仰面前剖方10禁m處支魂護效肅果實欄照圖195動壓迅巷道服底鼓蜜機理5.欣1機理巷道綱兩幫威下沉便引起奪底鼓杜。兩青幫下軋沉、鈔底角告破壞漂，水控平應(yīng)問力擠打壓，域底板勁淺部房誠鼓起珍，頂牛板下摧沉、樸離層朵。（a）（b）兩幫播下沉杜與底撲鼓關(guān)昏系（a）——東龐芹礦（雀中硬倒巖）慎；（b）——黃塘樓嶺礦淺（軟腹巖）20圖3巷道昌底板很深基擋點位迫移圖4巷道僵底板尋垂直庸位移No割——垂直覺位移柜為零譯；N—要—零應(yīng)而變點權(quán)臺孟礦現(xiàn)浩場實鄭測淺部科鼓起憑，深饞部下槍沉；羽與采另煤工界作面腹距離剛不同乖而變勿化。21（1）力粱學計適算Q(y)作用削下M點的嘉位移根據(jù)做彈性紗力學佛理論包，平勒面應(yīng)歌變條框件下路的半銅無限旅平面塵體，Q(y)dy載荷灶作用夫下M點的極垂直粱位移素分量dux力學矮計算做簡圖22Q(y)作用奇下，M點的蜻垂直潑位移ux等于抖上式味在[a,毯b]區(qū)間哪上的殲積分。23（2）煤家柱巷遣道底委板等嘗效載翅荷分蕩布煤柱副巷道林底板肌等效遭載荷嗎分布定簡油化的輛載荷版分布24（3）底屯板中嗓心線晴上的憲垂直蛙位移各區(qū)爺段分辯布載滲荷在浪巷道儉底板中心有線上窮引起黑的垂昨直位怠移巷道識底板走中心肺線上總的純垂直米位移255.炊2加固衡兩幫白和底萍角控扁制巷嘉道底織鼓（1）遣錨桿堤加固（柳貍新煤仰礦）26試驗編號巷道表面移近量／mmⅠ、Ⅱ項試驗與Ⅲ對比頂?shù)装鍍蓭鸵平繙p少值／mm移近量減少百分數(shù)／%頂?shù)装鍍蓭晚數(shù)装鍍蓭廷?7426458631461.054.3Ⅱ2759068548871.484.4Ⅲ960578

試驗剛效果丟對比27（2）淋注漿肯加固權(quán)臺船礦注統(tǒng)漿孔項布置注漿滾孔布心置注漿期材料竄、工截藝、藝費用材料往：ZK庫D高水蘭速凝楚材料翻，水甚灰比1.哀8杏1注漿嫌壓力封：0.址1荒~探0.日15MP孝a材料強費用誼：13苦.8陰3元/m28注漿屢效果權(quán)臺璃礦注疑漿前另、后替對比對比項目巖石質(zhì)量指標RQD（%）鉆孔測定強度（MPa）注漿前9.114.7注漿后96.722.5注與不注漿段對比底鼓量（mm）兩幫移近量（mm）不注漿538651注漿144151顯德較汪礦異注漿闊效果29（1）構(gòu)錨桿擇加固像頂角FL梁AC計算頂板浙下沉培量減適少42灰%底鼓疑量減皮少14回%（2）歡錨桿宜加固搏兩幫荒及底內(nèi)角、訴頂角有顯斤著降芹低圍綢巖移聯(lián)近量爺效果當加外固幫仁、底叔角不得能滿緣瑞足需炮要時匹，可旱增加競頂角干加固5.祝3加固萍巷道律其它嘉部位吵控制至底鼓306巷道姐圍巖彩控制熊的基悉本途背徑6.擠1影響籮巷道殼圍巖寫穩(wěn)定典性的身三大擁因素圍巖淘強度蝦、巖顏體應(yīng)轟力、饞支護打技術(shù)1）前樓蘇聯(lián)絹阿爾牌達曉內(nèi)夫、閉巴仁淹根據(jù)邁巷道丸垂直珍應(yīng)力γH與底渾板單燈軸抗勁壓強昂度R的比捐值作羽為判傘斷巷鞠道是望否底濕鼓的較準則燦：穩(wěn)定逢的（膚不底隨鼓）辦：中等序穩(wěn)定綢（有忽底鼓即）：不穩(wěn)讓定（帶強烈渡底鼓劫）：>0鏈.6312）我另校鄒盟喜正濕教授賣根據(jù)駐圍巖沃強度丘與巖猛體應(yīng)相力對圈我國泡礦井太巷道熱的極叮限深勾度提摟出的談見解倆。圍巖單軸抗壓強度／MPa巷道極限深度／m<2015020～30300～40030～60650～750>60>1000中國煌礦業(yè)禿大學虎（北御京）雜何滿鞋朝教鄭授通糧過對淚深部桑巷道剖穩(wěn)定泊性研爬究、掀根據(jù)摸巷道移維護棕難度涉分類研提出攻了不賺同巖祖層的丟極限放深度生。3）支鍬護技爛術(shù)從軸開對稱音圓巷野的彈鋼塑性周分析——卡斯裳特納心方程互中可艙以看庭出：胖由于同支護良反力P的作石用，坦加大事了塑御性區(qū)適應(yīng)力梳而減宮小了恨塑性架區(qū)半僻徑。326.狐2基本間途徑（1）提州高圍卵巖強百度布置惱在穩(wěn)察定巖褲層中熔；布序置錨捷桿，套強化蓄圍巖腸強度知；圍僵巖注辨漿，燈提高派巖體突強度曬；封愛閉、頂疏干博、防筋風化驅(qū)，防樓止圍針巖碎饅裂、蟲強度政降低（2）減嬌小巖乓體應(yīng)栽力合理匠布置管巷道冷：時拌間、南空間控上減叔少巷糖道承權(quán)受支擦承壓梁力影淺響，比巷道治布置貿(mào)在應(yīng)屋力降御低區(qū)威；合稅理設(shè)謊計煤劇柱尺緊寸；脊考慮客最大膜水平拜應(yīng)力軟的影渾響巷道描卸壓迎：跨糠采進轟行巷凍道卸撫壓；遞開槽衰卸壓輪；震幣動爆陜破卸伴壓；紅布置閥卸壓榆峒室嚇卸壓336.箭2基本姥途徑（3）巷考道支進護巷道罩金屬惹支架作用移：給貍圍巖穿提供傻支護失阻力慚；當己前注日意：愈可縮慕性支遣架的感使用泡界限停、連輪接件躁、礦球工鋼犧可縮塑支架車、支燙架壁臺后密佳實。錨桿曉支護作用全：強麥化圍聞巖強趙度；頃圍巖遍強度啄強化兔理論宗、高鴿強（耳超高胖）強擺度錨觀桿、吸設(shè)計見方法撇、復(fù)殲雜條捆件下油的錨牛桿支典護、禁桁架眠錨桿瓶支護夜。346.走3巷道聽布置（1）再巷道柄布置從巷印道圍喇巖穩(wěn)灘定角踏度來嶺談布晚置。拼要保罩持圍梯巖穩(wěn)塊定，倚布置慚巷道班時應(yīng)警考慮武圍巖廚強度難與巖異體應(yīng)隸力。356.權(quán)3巷道錯布置采動始引起耐的應(yīng)掠力重玻新分場布已采孩區(qū)及貴其兩截側(cè)煤裁柱的施應(yīng)力頸分布Ⅰ－－叔冒落還帶；Ⅱ－裂沃隙帶撫；Ⅲ－彎甲曲下講沉帶六；A－原始井應(yīng)力禮區(qū)；B1、B2－應(yīng)力醒增高蛇區(qū)、C－應(yīng)力河降低股區(qū)；D－應(yīng)力屆穩(wěn)定通區(qū)36留區(qū)回段煤獎柱時榮回采淋空間愚垂直哄應(yīng)力奪等值享線分權(quán)布37煤體勤與采撥空區(qū)青交界弱處底裂板垂洞直應(yīng)無力等膛值線購分布γ－上覆欣巖層蛾容重賀；H－埋藏掛深度講：φ－底板拴巖石潑應(yīng)力寨升高所區(qū)的傾擴展橡影響棄角；Z－被跨輕巷道攤與上漫部回售采煤息層間黎的法伯線距倆；X-被跨脆巷道果與上憑部回干采煤朱柱邊雷緣的兇水平申距38煤柱茄下方福底板執(zhí)垂直短應(yīng)力喘等值諷線分媽布（煤罷柱載填荷均綢布，可應(yīng)力液集中愿系數(shù)速為3）在應(yīng)秧力重度新分暴布下升，從執(zhí)時間南和空競間上貞保證沾布置弟的巷嶄道圍閑巖穩(wěn)血定、魚維護龜費用佳低。39（2）巷晶道布懷置的傭原則1）空住間上寨盡量千避免敲支承慢壓力俗的強膜烈影扶響、孤疊加扶影響邀和多配次影抖響；泰時間訓上盡晴量縮遵短支財承壓跡力影羨響時甲間。2）巷笛道布夫置在希應(yīng)力館降低誼區(qū)或成原巖昂應(yīng)力律區(qū)。3）采摩用無彎煤柱辜開采巡壽，必浴須留愿煤柱病時在巷保證聰煤柱金穩(wěn)定害的條項件盡有可能唉小。4）如福果需喇要留龍煤桂循保護暫巷道邁，所析留護廳巷煤停柱尺弱寸應(yīng)客使巷究道不末受支無承壓污力影汽響或如影響遇較小痛。5）避勸免在酸煤柱資上、誘下方造布置澤巷道乏。合處理選肆擇底呈板巖榨巷與布煤柱識邊緣吵的水山平距揭離X、與廁煤層顫垂直化距離Z。6）在圍慣巖受喜采動帆影響殿穩(wěn)定手后再爪掘巷餐道。7）巷殃道軸劈燕線方騾向盡灘量與播最大蛙水平斷主應(yīng)剩力方校向平勢行，亡避免窮與之透垂直條。40注漿亂材料（1）材貼料類服別化學木類：聰丙烯誦酰胺吊類、秤聚氨叮脂類水泥提類：震單液引水泥梁漿；蔬水泥連、水互玻璃至雙液徐漿；ZK委D高水宵速凝富材料足（雙維液或你單液詢）6.獻4注漿殼加固怪圍巖41結(jié)晶澡水體失積比室占81唇.6利%，再薦吸附闖大量善水，側(cè)水體延積比踏達到90蔽%（重離量比2.沙5:瓶1）。速凝構(gòu)早強決，水晌灰比昨高；免結(jié)石耳率高造（10哀0逢%），邁不淅恩水，限強度衛(wèi)高;當水昌灰比1.顧5:倍1時，ZK親D強度9.衣5~娃14撈.0向MP部a；水泥研漿淅千水率65樂%，強撒度4M瓜Pa；固結(jié)危體塑做性好販，高屈水條蛙件下豈微膨垂脹；補空氣半中易委風化鞋失水藝（注甲入巖漏體、馳水中販、或廢密封洪，防滑風化秤）（2）ZK底D高水套速凝貪材料機理淘：硫建鋁酸旅鹽水蜻泥熟振料、拾石灰孕、石辦膏、庸若干秘種添載加劑義水化章生成央鈣礬坡石42漿體營流動改性參分數(shù)與蹈水用還量關(guān)供系曲聞線1—荒—主料緒漿W－0；2—灣—配料慶漿W－0；3—灣—主料鮮漿W－p；4—翅—配料托漿W－p43水泥塊漿液拒和高股水材藍料的位性質(zhì)充與水葵灰比通的關(guān)喘系44單軸譯條件漆下固壩結(jié)體騙試塊建變形貞曲線45不同閘圍壓茶條件它下固吩結(jié)體氧應(yīng)力撲應(yīng)變現(xiàn)曲線1．2．3．4．5－分歌別代勇表圍佛壓為0.吹13、0.悉26、0.快38、0.婚50、0.翼75受MP拾a時的撫曲線461）圍花巖松葬軟破癢碎、吉隨掘效隨冒沫時使研用；2）超歲前迎薦頭鉆部孔注盛漿；3）地諒應(yīng)力俗特別刑大時柿難以敲注入政。注漿運時機（1）超借前注促漿471）渾注漿鄙滯后誕時間圍巖湖裂隙尼發(fā)展?jié)O變慢聽前后硬或進霧