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1、巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律矿山压力及岩层控制矿山压力及岩层控制知识单元四知识单元四巷道矿压显现规律及围岩控制巷道矿压显现规律及围岩控制巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律知识点知识点1：巷道矿压显现规律：巷道矿压显现规律教学内容教学内容p受采动影响巷道的围岩应力分布；受采动影响巷道的围岩应力分布；p受采动影响巷道的围岩变形；受采动影响巷道的围岩变形；p区段巷道的位置和矿压显现规律；区段巷道的位置和矿压显现规律；p巷道围岩应力及影响因素；巷道围岩应力及影响因素；p巷道围岩控制原理和方法。巷道围岩控制原理和方法。重点与难点重点与难点相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定；受采动影响巷道的围岩变形；巷
2、相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定；受采动影响巷道的围岩变形；巷道位置类型和矿压显现规律；巷道位置参数的选择；巷道围岩应力及影响道位置类型和矿压显现规律；巷道位置参数的选择；巷道围岩应力及影响因素；巷道围岩控制原理和方法；巷道围岩稳定性分类及支护选择。因素；巷道围岩控制原理和方法；巷道围岩稳定性分类及支护选择。巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律3本讲提要本讲提要1.巷道巷道围岩岩应力及力及变形形规律律 2.受采受采动影响巷道影响巷道矿压显现规律律3.巷道巷道围岩控制原理岩控制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 1 1、受采动
3、影响巷道的围岩应力受采动影响巷道的围岩应力 1 1）原岩体内掘进巷道引起的围岩应力）原岩体内掘进巷道引起的围岩应力圆形巷道围岩弹性变形应力分布圆形巷道围岩弹性变形应力分布4圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布p-原始应力；原始应力；t-切向应力；切向应力；r-径向应力；径向应力；pi-支护阻力；支护阻力；a-巷道半径巷道半径R-塑性区半径；塑性区半径；A-破裂区；破裂区；B-塑性区；塑性区；C-弹性区；弹性区；D-原岩应力区原岩应力区巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律在各向等压条件下，圆形巷道塑性区半径在各向等压条件下，圆形巷道塑性区半径R R和周边位移和周边位移u
4、u的计算公式：的计算公式：式中，式中，p p-原岩应力；原岩应力；p pi i-支护阻力；支护阻力；R R0 0-圆形巷道半径；圆形巷道半径；-围岩的内摩擦角；围岩的内摩擦角；C C-围岩的粘聚力；围岩的粘聚力；G G-围岩的剪切弹性模数围岩的剪切弹性模数。5内摩擦角和粘聚力内摩擦角和粘聚力C C的影响的影响 巷道的塑性区半径巷道的塑性区半径R R和周边位移和周边位移u u随随内摩擦角内摩擦角和粘聚力和粘聚力C C的减小，即围岩的减小，即围岩强度降低，显著增大。强度降低，显著增大。巷道的周边位移随着巷道所在位置巷道的周边位移随着巷道所在位置原岩应力的增大，呈指数函数关系迅原岩应力的增大，呈指数
5、函数关系迅速增长；指数的大小取决于速增长；指数的大小取决于的变化，的变化，其值越小，指数越大，其值越小，指数越大，u u值增长越迅速。值增长越迅速。一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律在拐角区要形成在拐角区要形成应力叠加，力叠加，应力集中系数可达力集中系数可达57。工作面前方超前支撑压力工作面前方超前支撑压力工作面倾斜、仰斜方向残余支撑压力工作面倾斜、仰斜方向残余支撑压力工作面后方采空区支撑压力工作面后方采空区支撑压力2 2）回采工作面周围支承压力分布）回采工作面周围支承压力分布工工作作面面超超前前支支承承压压力力峰峰值值一一般般在在煤煤壁壁前
6、前48米米，影影响响范范围围为为4060米米。少少数数可可达达6080米米。应应力力集集中系数为中系数为2.53。工工作作面面倾倾斜斜方方向向固固定定支支承承压压力力范范围围一一般般为为1530米米。少少数数可可达达3540米米，峰值一般距煤壁峰值一般距煤壁1520米，应力集中系数为米，应力集中系数为23。采采空空区区支支撑撑压压力力 通通常常应应力力增增高高系系数数小小于于1，个个别别情情况况可可达达1.3，但但是是在某些地方会相互叠合，应力增高系数增大。在某些地方会相互叠合，应力增高系数增大。6一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律 煤层拐角
7、处叠加支承压力煤层拐角处叠加支承压力7在拐角区要形成应力叠加，应力集中系数可达在拐角区要形成应力叠加，应力集中系数可达57。一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图支承压力在被开采煤层顶底板中分布示意图1.采动影响带边界采动影响带边界2.支承压力区支承压力区3.卸载区边界卸载区边界8一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律工作面控顶区垮落岩石松散区工作面前方应力变化区工作面前方应力变化区垮落岩石逐渐压缩区垮落岩石压实区垮落岩石压实区9一、巷道围岩应力及变形规律一、巷
8、道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律已采区及其两侧煤柱的应力分布已采区及其两侧煤柱的应力分布10一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律一侧采空一侧采空两侧采空两侧采空影响深度为影响深度为1.52B影响深度为影响深度为34B压力传递影响角一般为压力传递影响角一般为3040度度3 3）采动引起的底板岩层应力分布）采动引起的底板岩层应力分布11一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律底板岩层内任一点的应力分布规律性：底板岩层内任一点的应力分布规律性：（1 1）一侧采空煤体及两侧采空、宽度较
9、大的煤柱，作用于煤层上的支承压力）一侧采空煤体及两侧采空、宽度较大的煤柱，作用于煤层上的支承压力的影响深度约为的影响深度约为1.51.5B B2 2B B；两侧采空、宽度较小的煤柱，作用于煤柱上的支承；两侧采空、宽度较小的煤柱，作用于煤柱上的支承压力的影响深度约为压力的影响深度约为3 3B B4 4B B。（2 2）两侧采空、宽度较小的煤柱，底板岩层内同一水平面上）两侧采空、宽度较小的煤柱，底板岩层内同一水平面上z z以煤柱中心线以煤柱中心线处最大。一侧采空煤体，底板岩层内同一水平面上处最大。一侧采空煤体，底板岩层内同一水平面上z z最大值在煤体下方，距最大值在煤体下方，距采空区边缘数米处，两
10、侧采空、宽度较大的煤柱下，底板岩层内同一水平面上采空区边缘数米处，两侧采空、宽度较大的煤柱下，底板岩层内同一水平面上z z以煤柱中心线处较小，靠近煤柱边缘出现峰值。以煤柱中心线处较小，靠近煤柱边缘出现峰值。（3 3）无论在何种形式煤层载荷作用下，底板岩层内应力分布都呈扩展状态，）无论在何种形式煤层载荷作用下，底板岩层内应力分布都呈扩展状态，数值等于自重应力值的等值线与煤柱边缘垂线的夹角，该角为影响角数值等于自重应力值的等值线与煤柱边缘垂线的夹角，该角为影响角，一般，一般为为30304040。一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律底板岩层受采动影响
11、过程中，随工作面推进，在高度集中后急剧卸压，底板岩层受采动影响过程中，随工作面推进，在高度集中后急剧卸压，在铅直方向产生压缩和膨胀，伴生出水平方向的压缩和膨胀，出现水在铅直方向产生压缩和膨胀，伴生出水平方向的压缩和膨胀，出现水平应力升高区和卸压区。采空区下方底板浅部卸压甚至出现拉应力，平应力升高区和卸压区。采空区下方底板浅部卸压甚至出现拉应力，岩层强度已大为减弱。同时，考虑到煤柱的影响作用，位于应力降低岩层强度已大为减弱。同时，考虑到煤柱的影响作用，位于应力降低区内的底板巷道，与上部采空区及煤柱边缘之间应保持一定距离。区内的底板巷道，与上部采空区及煤柱边缘之间应保持一定距离。上部煤层采动遗留保
12、护煤柱上部煤层采动遗留保护煤柱引起底板岩层内应力分布引起底板岩层内应力分布（a）上部煤层一侧采动）上部煤层一侧采动（b）上部煤层两侧采动）上部煤层两侧采动一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律2 2、相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定 1 1）巷道围岩应力影响带）巷道围岩应力影响带14一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道开掘以后，巷道周围岩体内的应力重新分布。巷道围岩应力受扰巷道开掘以后，巷道周围岩体内的应力重新分布。巷道围岩应力受扰动的区域称为影响带，一般以
13、超过原岩应力的动的区域称为影响带，一般以超过原岩应力的5%5%作为影响带的边界。作为影响带的边界。断面相同的两圆形巷道的间距断面相同的两圆形巷道的间距D D为：为：半径不同的两圆形巷道的间距半径不同的两圆形巷道的间距D D为：为：式中，式中，R R-大圆形巷道半径；大圆形巷道半径；r r-小圆形巷道半径。小圆形巷道半径。相邻巷道合理间距：相邻巷道合理间距：对于非圆形巷道的弹塑性围岩体，其应力分布和塑性区半径可采用数对于非圆形巷道的弹塑性围岩体，其应力分布和塑性区半径可采用数值计算方法。值计算方法。一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律2 2）巷间
14、岩柱的稳定性）巷间岩柱的稳定性经验公式经验公式Obert-Dwvall/WangObert-Dwvall/Wang（19671967）BieniawskiBieniawski（19681968）公式：）公式：式中，式中，R R-岩柱强度，岩柱强度，MpaMpa；R Rc c-岩柱原位临界立方体单轴抗压强度，岩柱原位临界立方体单轴抗压强度，MpaMpa；B B-岩柱宽度，岩柱宽度，m m；h h-岩柱高度，岩柱高度，m m。式中，式中，RcRc1-1-临界尺寸岩柱的强度，临界尺寸岩柱的强度，MpaMpa。当岩柱的宽高比当岩柱的宽高比B/h大于大于5时，岩柱强度将随着时，岩柱强度将随着B/h的增加
15、而显著增大；的增加而显著增大；当当B/h大于大于10时时，一般情况下岩柱不易破碎。，一般情况下岩柱不易破碎。一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律3 3）相邻巷道间合理距离）相邻巷道间合理距离巷道的合理间距巷道的合理间距D D由巷道宽度、巷道埋深、围岩强度、岩层倾角、巷道由巷道宽度、巷道埋深、围岩强度、岩层倾角、巷道与岩层走向的夹角五个因素决定，并按下式计算：与岩层走向的夹角五个因素决定，并按下式计算：式中，式中，a a1 1+a a2 2-相互影响的巷道总宽度，相互影响的巷道总宽度，m m；K K1 1-巷道相互影响系数，由表确定。巷道相互影响
16、系数，由表确定。巷道距离地表深度（m）平行巷道相互影响系数K1沿走向巷道围岩强度（Mpa）沿倾向巷道围岩强度（Mpa）30609012030609012012005.5443.532.321.83.42.92.41.717一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律3 3、构造应力对巷道稳定性的影响构造应力对巷道稳定性的影响1 1）构造应力）构造应力以水平应力为主，具有明显的方向性、区域性。以水平应力为主，具有明显的方向性、区域性。2 2）水平应力对巷道的影响：）水平应力对巷道的影响：薄层页岩岩层面滑移薄层页岩岩层面滑移厚层砂岩剪切、失稳冒落厚层砂岩剪
17、切、失稳冒落巷道顶板巷道顶板巷道底板巷道底板软岩（煤层）底臌、蠕变软岩（煤层）底臌、蠕变巷道两帮巷道两帮引起拉应力，破裂、鼓出、塌落引起拉应力，破裂、鼓出、塌落18一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律19一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律3 3）巷道布置的合理方向）巷道布置的合理方向原岩应力场一定时，通过计算不同巷道方向条件下巷道围岩应力的变化，原岩应力场一定时，通过计算不同巷道方向条件下巷道围岩应力的变化，分析巷道与构造应力之间方向夹角对巷道稳定性的影响关系，确定合理分析巷道与构造应力之间方
18、向夹角对巷道稳定性的影响关系，确定合理的巷道方向。的巷道方向。巷道轴向与构造应力成一定角度时，巷道轴向与构造应力成一定角度时，周边围岩应力计算简图周边围岩应力计算简图 巷道轴向平行、垂直构造应力条件下，周边围岩应力分布巷道轴向平行、垂直构造应力条件下，周边围岩应力分布（a）平行构造应力；（）平行构造应力；（b）垂直构造应力）垂直构造应力20一、巷道围岩应力及变形规律一、巷道围岩应力及变形规律 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律21本讲提要本讲提要1.巷道巷道围岩岩应力及力及变形形规律律 2.受采受采动影响巷道影响巷道矿压显现规律律3.巷道巷道围岩控制原理岩控制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规
19、律巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律（1）本煤层巷道）本煤层巷道（2）底板或顶板巷道）底板或顶板巷道（3）厚煤层中下分层以及相邻煤层中的煤层巷道）厚煤层中下分层以及相邻煤层中的煤层巷道采区巷道采区巷道采区内的准备巷道和回采巷道。采区内的准备巷道和回采巷道。含采区上下山，区段平巷、回风平巷及切眼、各种联络巷道含采区上下山，区段平巷、回风平巷及切眼、各种联络巷道采区巷道特点：采区巷道特点：（1）大部分属煤层巷道，围岩强度低；）大部分属煤层巷道，围岩强度低；（2）受开采影响大，巷道破坏严重；）受开采影响大，巷道破坏严重；（3）服务期限短，支护要求较低。）服务
20、期限短，支护要求较低。采区巷道变形与破坏形式：采区巷道变形与破坏形式：冒落、下沉、鼓帮、片帮、底臌、开裂冒落、下沉、鼓帮、片帮、底臌、开裂221.巷道位置类型（巷道与回采空间相对位置及采掘时间关系）巷道位置类型（巷道与回采空间相对位置及采掘时间关系）巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律1 1）区段巷道的布置方式）区段巷道的布置方式煤体煤体-煤体煤体1煤体煤体-煤柱（采稳）煤柱（采稳）1煤体煤体-煤柱（采动）煤柱（采动）2煤体煤体无煤柱（沿空掘巷）无煤柱（沿空掘巷）2煤体煤体无煤柱（留巷）无煤柱（留巷）232.2.区段巷道的位置和矿压显现规律区段巷道的位置和矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律
21、二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律2 2）巷道围岩变形量的构成）巷道围岩变形量的构成顶板下沉量、底板鼓起量、巷帮移近量、深部围岩移近量、巷道剩余断面面积。顶板下沉量、底板鼓起量、巷帮移近量、深部围岩移近量、巷道剩余断面面积。3 3）巷道围岩变形规律）巷道围岩变形规律巷道掘进影响阶段巷道掘进影响阶段掘进影响稳定阶段掘进影响稳定阶段 采动影响阶段采动影响阶段采动影响稳定区采动影响稳定区二次采动影响阶段二次采动影响阶段242.2.区段巷道的位置和矿压显现规律区段巷道的位置和矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现
22、规律区段巷道矿压显现规律区段巷道矿压显现规律25（1 1）煤体）煤体-煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。稳定和采动影响三个阶段。（2 2）煤体）煤体-煤柱或无煤柱（沿空掘巷煤柱或无煤柱（沿空掘巷-采动稳定）巷道服务期间，围岩的变形采动稳定）巷道服务期间，围岩的变形同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段（工作面前方采动同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段（工作面前方采动影响）。但是巷道整个服务期内，始终受相邻区段采空区残余支承压力的影响，影响）。但是巷道整个服务
23、期内，始终受相邻区段采空区残余支承压力的影响，三个影响阶段的围岩变形均大于煤体三个影响阶段的围岩变形均大于煤体-煤体巷道。煤体巷道。（3 3）煤体）煤体-煤柱或无煤柱（沿空留巷煤柱或无煤柱（沿空留巷-正采动）巷道服务期间，围岩的变形将正采动）巷道服务期间，围岩的变形将经历全部的五个阶段。围岩变形量远大于无采动及一侧采动稳定后巷道。经历全部的五个阶段。围岩变形量远大于无采动及一侧采动稳定后巷道。二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律26二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律4 4）厚煤层中
24、下分层区段巷道布置和矿压显现规律）厚煤层中下分层区段巷道布置和矿压显现规律 厚煤层中、下分层区段巷道相对本层工作面仍然厚煤层中、下分层区段巷道相对本层工作面仍然是煤体是煤体-煤体、煤体煤体、煤体-煤柱（采动稳定、正采动）、煤柱（采动稳定、正采动）、煤体煤体-无煤柱（采动稳定、正采动）三种布置方式。无煤柱（采动稳定、正采动）三种布置方式。中、下分层巷道如果位于上分层一侧已采的煤体中、下分层巷道如果位于上分层一侧已采的煤体附近，上分层煤体的支承压力，对下部分层巷道附近，上分层煤体的支承压力，对下部分层巷道会产生一定影响。它的影响程度与巷道和上分层会产生一定影响。它的影响程度与巷道和上分层煤体边缘之
25、间的水平距离有关。煤体边缘之间的水平距离有关。厚煤层中下分层区段巷道布置方式厚煤层中下分层区段巷道布置方式（a）在已稳定采空区下方）在已稳定采空区下方（b）在已稳定采空区下方靠近上分层护巷煤柱）在已稳定采空区下方靠近上分层护巷煤柱（c）在护巷煤柱下部）在护巷煤柱下部272.2.区段巷道的位置和矿压显现规律区段巷道的位置和矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律28厚煤层分层区段巷道布置方式厚煤层分层区段巷道布置方式a、d重叠式；重叠式；b、e倾斜式；倾斜式；c内错式内错式1运输巷；运输巷；2回风巷；回风巷；a、b、c煤柱护巷；煤柱
26、护巷；d、e无煤柱护巷无煤柱护巷p位于上分层已采的煤体位于上分层已采的煤体附近附近-巷道与上分层巷道与上分层煤体边缘的水平距离相煤体边缘的水平距离相关。关。20mp位于上分层两侧已采空位于上分层两侧已采空的煤柱附近的煤柱附近-受上分受上分层煤柱支承压力叠加的层煤柱支承压力叠加的影响，变形严重。影响，变形严重。p厚煤层无煤柱开采技术厚煤层无煤柱开采技术的优点的优点-减少煤损，减少煤损，同时有利于巷道维护。同时有利于巷道维护。二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律1 1）底板巷道的位置）底板巷道的位置 布置在布置在已稳定的采空区下部已稳定的采空
27、区下部。在上部煤层回采空间形成的底板应力降低。在上部煤层回采空间形成的底板应力降低区内，巷道整个服务期间内不受采动影响。区内，巷道整个服务期间内不受采动影响。布置在布置在保护煤柱下部保护煤柱下部。经历保护煤柱两侧回采工作面的超前采动影响。经历保护煤柱两侧回采工作面的超前采动影响。布置在布置在尚未开采的工作面下部尚未开采的工作面下部。经历上部采面的跨采影响后，位于已稳。经历上部采面的跨采影响后，位于已稳定的采空区下部应力降低区内。定的采空区下部应力降低区内。293 3、底板巷道的位置和矿压显现规律底板巷道的位置和矿压显现规律 二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显
28、现规律巷道矿压显现规律2 2）底板巷道的矿压显现规律）底板巷道的矿压显现规律底板巷道从底板巷道从开掘到报废，开掘到报废，由于上部煤由于上部煤层的采动影层的采动影响，引起围响，引起围岩应力反复岩应力反复重新分布，重新分布，围岩变形速围岩变形速度随之变化。度随之变化。受上部煤层采动影响底板巷道变形受上部煤层采动影响底板巷道变形（a）保护煤柱不够宽条件下；（）保护煤柱不够宽条件下；（b）采面跨采条件）采面跨采条件303 3、底板巷道的位置和矿压显现规律底板巷道的位置和矿压显现规律 二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道位置巷道位置位于煤层内用
29、煤柱保护的上、下山。位于煤层内用煤柱保护的上、下山。位于底板岩层内上方保留煤柱的上、下山。位于底板岩层内上方保留煤柱的上、下山。4 4、上、下山的位置和矿压显现规律上、下山的位置和矿压显现规律 受采动影响的上、下山布置方式受采动影响的上、下山布置方式31上、下山的围岩变形将经历掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，一翼采动影响期间上、下山的围岩变形将经历掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，一翼采动影响期间显著变形，然后又趋向稳定，另一翼采动影响期间强烈变形，最后在两侧采空引起显著变形，然后又趋向稳定，另一翼采动影响期间强烈变形，最后在两侧采空引起的叠加支承压力作用下，再次趋向以较大的变形速度持续变形这的
30、叠加支承压力作用下，再次趋向以较大的变形速度持续变形这六个时期六个时期。矿压显现矿压显现三类位置三类位置类型类型1二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道位置巷道位置上、下山位于底板岩层内，上部煤层工作面上、下山位于底板岩层内，上部煤层工作面跨越上、下山回采，不留护巷煤柱跨越上、下山回采，不留护巷煤柱方式一方式一。4 4、上、下山的位置和矿压显现规律上、下山的位置和矿压显现规律 受采动影响的上、下山布置方式受采动影响的上、下山布置方式32上、下山巷道围岩变形在掘巷期间，掘巷影响趋向稳定期间，一翼采动影响期间，上、下山巷道围岩变形在掘巷期间
31、，掘巷影响趋向稳定期间，一翼采动影响期间，一翼采动影响趋向稳定期间与上、下山用煤柱保护时基本相同。一翼采动影响趋向稳定期间与上、下山用煤柱保护时基本相同。另一翼跨采期间支承压力急剧增加，围岩变形量增大；跨采后处于应力降低区，围另一翼跨采期间支承压力急剧增加，围岩变形量增大；跨采后处于应力降低区，围岩平均变形速度明显降低。岩平均变形速度明显降低。矿压显现矿压显现类型类型2二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道位置巷道位置上、下山位于底板岩层内，上部煤层工作面上、下山位于底板岩层内，上部煤层工作面跨越上、下山回采，不留护巷煤柱跨越上、下山回
32、采，不留护巷煤柱方式二方式二。4 4、上、下山的位置和矿压显现规律上、下山的位置和矿压显现规律 受采动影响的上、下山布置方式受采动影响的上、下山布置方式33上、下山巷道的围岩变形只经过掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，跨采引起围岩上、下山巷道的围岩变形只经过掘巷期间明显变形，然后趋向稳定，跨采引起围岩变形急剧增加，以及跨采之后围岩变形趋向稳定变形急剧增加，以及跨采之后围岩变形趋向稳定四个时期四个时期，总变形量显著减少。，总变形量显著减少。矿压显现矿压显现类型类型3二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律1 1）巷道围岩变形与）巷道围岩变形与z
33、z、x x值的关系值的关系巷道围岩变形量巷道围岩变形量u u（mmmm）与巷道至上部煤层的）与巷道至上部煤层的垂距垂距z z（m m）之间呈幂函数关系。）之间呈幂函数关系。a a、b b-取决于上部煤层采动状况、围岩性质、开采深度等因素。取决于上部煤层采动状况、围岩性质、开采深度等因素。5 5、巷道位置参数的选择、巷道位置参数的选择 现场实测表明：在巷道围岩性质、开采深度、上部煤层采动状况和巷道至上现场实测表明：在巷道围岩性质、开采深度、上部煤层采动状况和巷道至上部煤层之间的垂距等相同条件下，巷道与上部煤柱（体）边缘之间的水平距部煤层之间的垂距等相同条件下，巷道与上部煤柱（体）边缘之间的水平距
34、离离z z决定着上部煤层跨采后，巷道是位于采空区下方的应力降低区内，还是处决定着上部煤层跨采后，巷道是位于采空区下方的应力降低区内，还是处于上部煤柱引起的应力增高区内于上部煤柱引起的应力增高区内。341-区段集中巷；区段集中巷；2-盘区上山盘区上山 二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道围岩变形速度与上部煤柱边缘巷道围岩变形速度与上部煤柱边缘 之间的水平距离关系曲线之间的水平距离关系曲线巷道围岩变形速度与上部煤体边缘巷道围岩变形速度与上部煤体边缘 之间的水平距离关系曲线之间的水平距离关系曲线35 1-两帮移近速度；两帮移近速度；2-顶底
35、板移近速度顶底板移近速度 二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律2 2）巷道位置参数的选择）巷道位置参数的选择 底板岩层中应力分布区域底板岩层中应力分布区域采动引起的底板岩层应力分为以采动引起的底板岩层应力分为以下区域：下区域：底板岩层应力分布区域底板岩层应力分布区域-原岩应力区；原岩应力区；-应力集中区；应力集中区；-卸压区；卸压区；-应力恢复区应力恢复区A-拉伸破裂区；拉伸破裂区；B、C-剪切滑移区剪切滑移区36原岩应力区原岩应力区应力集中区应力集中区卸压区卸压区应力恢复区应力恢复区拉伸破裂区拉伸破裂区剪切滑移区剪切滑移区二、受采动影响
36、巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律 巷道稳定性指数巷道稳定性指数在影响巷道稳定性的诸多因素中，最重要的是在影响巷道稳定性的诸多因素中，最重要的是围岩应力围岩应力、围岩强度以围岩强度以及二者相互关系及二者相互关系。巷道稳定性指数：巷道稳定性指数：巷道开掘前所处位置的最大主应力与巷道围岩岩石巷道开掘前所处位置的最大主应力与巷道围岩岩石单向抗压强度的比值。单向抗压强度的比值。围岩稳定程度围岩稳定程度巷道稳定性指数巷道稳定性指数围岩移近量围岩移近量mmmm稳定的稳定的0.250.2550200200 巷道围岩稳定性指数巷道围岩稳定性指数37二、受采动影响巷道
37、矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律 计算底板巷道位置参数计算底板巷道位置参数巷道埋深巷道埋深（m）围岩强度围岩强度（MP）巷道与上部煤层之间的垂直距离（巷道与上部煤层之间的垂直距离（m）1015203040503006010（0.08）10（0.12）12（0.12）15（0.11）17（0.12）20（0.12）600306025（0.13）30（0.16）35（0.17）40（0.17）6017（0.13）20（0.14）25（0.16）30（0.15）35（0.15）9006025（0.12）30（0.17）35（0.18）40（0.17）1000
38、6025（0.14）30（0.18）35（0.19）45（0.19）38巷道埋深（巷道埋深（m）巷道围岩强度（巷道围岩强度（MP）60300201010600201590020垂垂直直位位置置水水平平位位置置二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律 顶板巷道位置参数顶板巷道位置参数前苏联煤矿巷道布置规程中规定：布置在尚前苏联煤矿巷道布置规程中规定：布置在尚未开采的煤层顶部，要经历下部煤层开采影未开采的煤层顶部，要经历下部煤层开采影响的顶板巷道，响的顶板巷道，z z值不小于回采工作面顶板值不小于回采工作面顶板裂隙带的高度，用全部垮落法时，裂隙带
39、的高度，用全部垮落法时，z z值不小值不小于于1212倍采高。巷道与下部煤体边缘之水平距倍采高。巷道与下部煤体边缘之水平距离离x=z+x=z+2 2L L，且，且x x大于大于50 m50 m。L L为下部煤层工作为下部煤层工作面周期来压步距。面周期来压步距。39某些情况下，布置顶板巷道更有利某些情况下，布置顶板巷道更有利我国主要用保护煤柱保护顶板巷道，如图我国主要用保护煤柱保护顶板巷道，如图二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律1 1）实体煤巷道）实体煤巷道综放整层工作面超前支承压力分布范围扩大，应力高峰位置前移，一综放整层工作面超前支承
40、压力分布范围扩大，应力高峰位置前移，一般情况下综放巷道各项矿压显现指标参数均高于综采分层巷道。般情况下综放巷道各项矿压显现指标参数均高于综采分层巷道。2 2）沿空掘进巷道）沿空掘进巷道6 6、综放面回采巷道矿压显现特点、综放面回采巷道矿压显现特点 综放沿空巷道与实体煤巷道矿压显现对比分析综放沿空巷道与实体煤巷道矿压显现对比分析 综放沿空巷道与综采上分层沿空巷道矿压显现综放沿空巷道与综采上分层沿空巷道矿压显现对比分析对比分析l采动影响范围采动影响范围l顶底板移近量顶底板移近量l两帮移近量两帮移近量l两帮移近量两帮移近量大于大于顶顶底板移近量底板移近量40二、受采动影响巷道矿压显现规律二、受采动影
41、响巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律41本讲提要本讲提要1.巷道巷道围岩岩应力及力及变形形规律律 2.受采受采动影响巷道影响巷道矿压显现规律律3.巷道巷道围岩控制原理岩控制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律三、巷道围岩控制原理三、巷道围岩控制原理 1 1、巷道围岩压力及影响因素巷道围岩压力及影响因素 1 1）围岩压力定义：）围岩压力定义：松动围岩压力。由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，以重力的形式直接作用于支架松动围岩压力。由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，以重力的形式直接作用于支架结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式。结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷
42、形式。变形围岩压力。支护能控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而产生的压力，变形围岩压力。支护能控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而产生的压力，称为变形围岩压力，简称变形压力。称为变形围岩压力，简称变形压力。膨胀围岩压力。围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀压力。膨胀围岩压力。围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀压力。冲击围岩压力：围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放而产生的压力；冲击围岩压力：围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放而产生的压力；撞击围岩压力：回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷道支护体所产生的压力。撞击围岩压力：回采工作面上覆岩层剧烈运动时
43、对巷道支护体所产生的压力。422 2）围岩压力分类：）围岩压力分类：巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律2 2）影响围岩压力的主要因素）影响围岩压力的主要因素开采技术因素开采技术因素回采工作状况：巷道与回采工作面相对空间、时回采工作状况：巷道与回采工作面相对空间、时间关系间关系巷道保护方法巷道保护方法支护形式支护形式断面形状和大小断面形状和大小掘进方式掘进方式巷道基本支护类型和参数巷道基本支护类型和参数地质因素地质因素原岩应力状态原岩应力状态围岩应力状态围岩应力状态岩体结构岩体结构岩石的组成和胶结状态岩石的组成和胶结状态围岩中水分的补给状况围岩中水分的补给状况43三、巷道围岩控制原理三、巷道围岩控
44、制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律2 2、巷道矿压控制原理和方法、巷道矿压控制原理和方法巷道围岩控制：巷道围岩控制：控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取措施的总和。包控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取措施的总和。包括括巷道布置巷道布置和和巷道保护及支护巷道保护及支护两方面。两方面。巷道围岩控制原理：巷道围岩控制原理：根据巷道根据巷道围岩应力、围岩强度围岩应力、围岩强度以及它们之间的相互关系，以及它们之间的相互关系，选择合适的巷道布置和保护及支护方式。降低围岩应力，增加围岩强度，改选择合适的巷道布置和保护及支护方式。降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存环境，有效地控制围
45、岩的变形、破坏善围岩受力条件和赋存环境，有效地控制围岩的变形、破坏关键点：关键点：对回采活动影响巷道围岩控制的认识，对巷道围岩岩体力学模型、对回采活动影响巷道围岩控制的认识，对巷道围岩岩体力学模型、变形及破坏机制判断的正确性，对巷道围岩赋存条件和岩体力学性质掌握的变形及破坏机制判断的正确性，对巷道围岩赋存条件和岩体力学性质掌握的程度。程度。44三、巷道围岩控制原理三、巷道围岩控制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律巷道保护巷道保护及支护及支护卸压保护：卸压保护：钻孔、切槽、宽面掘巷卸压、留设专门卸压空间钻孔、切槽、宽面掘巷卸压、留设专门卸压空间围岩加固及优化围岩受力条件和赋存环境：围岩加固及
46、优化围岩受力条件和赋存环境：注浆、锚杆、喷注浆、锚杆、喷浆、充填、疏干封闭等浆、充填、疏干封闭等架设支架：架设支架：巷内基本支架支护、巷内加强支架支护、巷旁支巷内基本支架支护、巷内加强支架支护、巷旁支护、联合支护护、联合支护巷道布置巷道布置时间和空间上避开采掘活动的影响时间和空间上避开采掘活动的影响选择稳定的岩层或煤层，避开水与松软膨胀岩层的影响选择稳定的岩层或煤层，避开水与松软膨胀岩层的影响避免支承压力的叠加作用，或减少其作用的时间避免支承压力的叠加作用，或减少其作用的时间尽量垂直断层构造带或向、背斜构造尽量垂直断层构造带或向、背斜构造选择合理的相邻巷道的岩柱宽度选择合理的相邻巷道的岩柱宽度
47、尽量与构造应力方向平行尽量与构造应力方向平行45三、巷道围岩控制原理三、巷道围岩控制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律控制方法控制方法 巷道支护巷道支护 巷道保护巷道保护 巷道修护巷道修护 控制途径控制途径 让压让压抗压抗压 躲压躲压 移压移压 在传统的巷道矿压控制方法上，多以抗压为主，在传统的巷道矿压控制方法上，多以抗压为主，这种方法不仅使巷道支护工作消耗大量的人力这种方法不仅使巷道支护工作消耗大量的人力和物力，而且还经常取得不了满意的效果。后和物力，而且还经常取得不了满意的效果。后来逐渐发展了让压、躲压和移压等新的巷道矿来逐渐发展了让压、躲压和移压等新的巷道矿压控制原理，随之使巷道矿压
48、控制的措施和手压控制原理，随之使巷道矿压控制的措施和手段更为灵活和多样化，这些原理和相应的措施段更为灵活和多样化，这些原理和相应的措施目前已得到了不同程度的应用，但由于每种矿目前已得到了不同程度的应用，但由于每种矿压控制原理各有利弊，故有时也将两种以上原压控制原理各有利弊，故有时也将两种以上原理配合使用，如采用理配合使用，如采用“躲压躲压+移压移压”、“躲压躲压+让压让压”等联合控制措施等，以取得更为理想的等联合控制措施等，以取得更为理想的护巷效果。护巷效果。462 2、巷道矿压控制原理和方法、巷道矿压控制原理和方法三、巷道围岩控制原理三、巷道围岩控制原理 巷道矿压显现规律巷道矿压显现规律所谓
49、让压，所谓让压，是指在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重损坏的前提是指在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重损坏的前提下，依据支架下，依据支架-围岩相互作用关系原理，允许围岩产生一定变形，以释放掉围岩相互作用关系原理，允许围岩产生一定变形，以释放掉一些能量，从而大大降低围岩对支架造成的压力。如采用有一定工作阻力的一些能量，从而大大降低围岩对支架造成的压力。如采用有一定工作阻力的大可缩量支架、为巷道受压收缩预留备用断面、允许巷道底鼓然后进行机械大可缩量支架、为巷道受压收缩预留备用断面、允许巷道底鼓然后进行机械起底等。该方法在一定程度上利用围岩自承力，减轻支架受载，对生产极为起底等。该方
50、法在一定程度上利用围岩自承力，减轻支架受载，对生产极为有利，但会增加支架结构的复杂性或多支出掘进和起底费用。有利，但会增加支架结构的复杂性或多支出掘进和起底费用。所谓抗压，所谓抗压，是指通过提高支架的支撑能力或提高支护密度等方法，用加强支是指通过提高支架的支撑能力或提高支护密度等方法，用加强支护的手段去抑制或减少围岩的移动，增强巷道的抗变形能力。如增大型钢的护的手段去抑制或减少围岩的移动，增强巷道的抗变形能力。如增大型钢的重量、提高支架的承载能力、充填支架背后的空间等。这种原理的优点是巷重量、提高支架的承载能力、充填支架背后的空间等。这种原理的优点是巷道布置的地点和掘巷时间可不受限制，但所需要