煤矿围岩控制与检测-巷道围岩控制与监测4.ppt
《煤矿围岩控制与检测-巷道围岩控制与监测4.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《煤矿围岩控制与检测-巷道围岩控制与监测4.ppt(61页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、巷道围岩控制与监测,原岩应力及巷道周围应力分布 开采对巷道围岩应力的影响 巷道顶板事故的影响因素(棚式及锚杆支护的事故分析) 棚式及锚杆支护质量监测,第六章 巷道支护设计,第一节 巷道围岩控制原理,一、巷道围岩控制原理 巷道围岩控制是指控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取措施的总和。 基本原理是:根据巷道围岩应力、围岩强度以及它们之间相互关系,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,改善围岩受力条件和赋存环境,有效地控制围岩的变形、破坏。 需要强调指出,受到采动影响的巷道,巷道围岩岩体结构、赋存条件在很大程度上受到回采工作的制约。,二、巷道围岩控制方法,巷道围岩控制方
2、法归结为巷道布置和巷道保护及支护两方面。 1、布置巷道应重视的问题 在时间和空间上尽量避开采掘活动的影响,最好将巷道布置在煤层开采后所形成的应力降低区域内。 如果不能避开采动支撑压力的影响,应尽量避免支撑压力叠加的强烈作用,或者尽量缩短支撑压力影响时间,例如,跨越巷道开采,避免在遗留煤柱下方布置巷道等。 在采矿系统允许的距离范围内,选择稳定的岩层或煤层布置巷道,尽量避免水与松软膨胀岩层直接接触。 巷道通过地质构造带时,巷道轴向应尽量垂直断层构造带或向、背斜构造。 相邻巷道或硐室之间选择合理的岩柱宽度。 巷道的轴线方向尽可能与构造应力方向平行,避免与构造应力方向垂直。,2、巷道的保护及支护措施,
3、 通过在巷道围岩中钻孔卸压、切槽卸压、宽面掘巷卸压以及在巷旁留专门的卸压空间等方法,使巷道围岩受到某种形式的不同程度的卸载,将本该作用于巷道周围的集中载荷,转移到离巷道较远的新的支撑区,达到降低围岩应力的目的。 采用围岩钻孔注浆、锚杆支护、锚索支护、巷道周边喷浆、支架壁后充填、围岩疏干封闭等方法,增高围岩强度,优化围岩受力条件和赋存环境。 架设支架对围岩施加径向力,既支撑松动塌落岩石,又能加大巷道的围压,保持围岩三向受力状态,提高围岩强度,限制塑性变形区和破裂区的发展。根据巷道不同时期的矿压显现规律,巷道支护可以分为巷内基本支架支护、巷内加强支架支护、巷旁支护、联合支护四种形式。,第二节 无煤
4、柱护巷,传统的留煤柱护巷方法是在上区段运输平巷和下区段回风平巷之间留设一定宽度的煤柱,使下区段平巷避开固定支撑压力峰值区。 区段平巷双巷掘进和使用,技术管理简单,对通风、运输、排水、安全都有利。 但是,煤柱损失高达1030;回风巷受二次采动影响,巷道维护困难,支护费用高。 煤柱支承压力向底板传播,不仅影响邻近煤层的开采和底板巷道的稳定,还成为引发冲击地压的隐患。煤柱宽一般为1030 m。,一、沿空掘巷,煤体和围岩的强度对支承压力分布曲线有很大影响。 2、沿空掘巷的矿压显现 移动距离近似等于巷道宽度,应力场扰动不大,一般经过10 d左右,变形速度趋向稳定。,巷道受到本区段工作面回采影响后,处于支
5、承压力的重叠区内,围岩变形会显著增长,通常巷道维护不太困难。,窄煤柱巷道是指巷道与采空区之间保留58 m宽的煤柱。 窄煤柱巷道掘进位置一般刚好处于残余的支承压力峰值下。,在上一工作面区段运输平巷被废弃之后,经过一段时间,等待采空区上覆岩层移动基本稳定后,沿被废弃的巷道边缘,掘进下一个工作面的区段回风平巷,称为沿空掘巷。 沿空掘巷可分为三种方式: 完全沿空掘巷: 留小煤柱掘巷:留设13 m的隔离小煤墙。 保留部分老巷断面掘巷方式:留一条巷掘一条巷,巷道的维护费用和材料消耗会大幅度地增加。实际可用大断面的沿空掘巷或留巷取代。,图有错误,二、沿空留巷,二、沿空留巷,1、沿空留巷的矿压显现 沿空留巷是
6、在上区段工作面采过后,通过加强支护或采用其他有效方法,将上区段工作面运输平巷保留下来,供下区段工作面回采时作为回风平巷。 沿空巷道位于采空区边缘,保留巷道期间经历上区段工作面的采动影响,巷道顶板的下沉、破坏必然受到采空区上覆岩层沉降总规律的制约。 上区段工作面采过后,沿空巷道经历老顶岩层从即将断裂前的极限状态到发生断裂失稳,然后到回转下沉压实采空区的过程。 在这个过程中,由于老顶的剧烈活动,引起沿空巷道煤帮和巷道支护体发生剧烈变形。受力状况与用煤柱维护的巷道有明显的差别。,2、沿空留巷巷旁支护形式,(1)巷旁支护的作用 巷旁支护是指巷道断面范围以外,与采空区交界处架设的一些特殊类型的支架或人工
7、构筑物。 主要作用有:控制直接顶的离层和及时切断直接顶板。减少巷内支护所承受的载荷,保持巷道围岩稳定。同时及时封闭采空区,防止漏风和煤炭自然发火,避免采空区内有害气体逸出。 为此支架必须具备合理的架型、较高的工作阻力、较大的增阻速度、足够的可缩量,以及工作阻力、增阻速度和可缩量的合理匹配。 (2)巷旁支护的类型和适用条件 传统的巷旁支护主要有:木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块支护等方式。(缺点多) 整体浇注巷旁充填技术在煤层顶、底板之间浇注充填材料,形成密实的整体。把沿空留巷需要的封闭采空区和有效支护结合起来,充分显示出技术经济上的优越性。,通过现场实测和理论研究提出,不同的顶板
8、围岩条件下应选择的巷旁支护方式。 切顶型巷旁支护方式 变形适应型巷旁支护方式 随着巷道锚杆(索)联合支护技术的发展,沿空留巷的应用范围逐渐扩大,目前正在开展综放沿空留巷高水材料巷旁充填、锚杆(索)巷内支护技术研究。,(3)整体浇注巷旁充填技术,整体浇注巷旁充填技术是我国近年研究和应用的先进的巷旁充填技术。 它具有增阻速度快、支撑能力大、密封性能好和机械化程度高等优点,使发展沿空留巷技术的关键问题得到解决。 高水净浆充填材料双路水力充填工艺系统均用泵输送,高水材料输送水平距离1000 m,充填点用塑料充填袋储集混合后的料浆,料浆凝固形成整体充填体。 对于高水灰渣材料,可以采用活动钢模板替代塑料充
9、填袋,活动钢模板反复交替使用。采用喷浆机风力充填时,系统简单可随工作面推进而移动,输送水平距离不宜超过200 m。,第三节 巷道卸压,在某些困难条件下,即使对巷道进行加强支护和加固围岩,巷道维护仍然很困难。 如果采用人为方法改变巷道围岩应力分布特征,巷道掘进或受到采动影响时在巷道周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移,使巷道处于应力降低区内,可以收到明显改善巷道维护状况的效果。,一、跨巷回采进行巷道卸压,1、跨巷回采卸压的机理 煤层开采以后,在煤层底板中形成一定范围的应力增高区和应力降低区。 位于煤层底板的巷道,若处于应力增高区,将承受较大的集中应力而遭到破坏;处于应力降低区,则易于维
10、护。 在巷道上方的煤层工作面进行跨采,使巷道经历一段时间的高应力作用后,长期处于应力降低区内。 跨采的效果主要取决于巷道与上方跨采面的相对位置,即法向距离,水平距离。 跨巷回采有两种方式:纵跨与横跨(平行与垂直)。,二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压,1、巷道周边开槽(孔)对围岩应力分布的影响 巷道周边围岩开槽卸压的力学原理,是使原来作用于周边围岩的高应力向卸压区以外的岩体深部转移。 深部岩体处于三向应力状态,具有较高的强度。在应力增高区内岩体形成自承载结构,承受掘巷引起的集中应力。 同时,在它的支撑和保护下,又使卸压区内的岩体得以保持稳定。 另一方面,结构和完整性并未遭到完全破坏的卸压区内的围岩
11、,仍然存在一定的残余强度,并向岩体自承结构提供侧向约束力,增加岩体自承结构的强度和稳定性,从而使围岩的整体稳定性得到显著提高。,2、巷道围岩开槽(孔)卸压法的应用,由于目前尚无合适的开槽机具,常用成排的大直径钻孔替代。 钻孔卸压的机理与开槽卸压基本相同,钻孔卸压的效果主要取决于孔径、孔距、孔深等参数。 一般情况下,钻孔直径150350 mm,钻孔间距为钻孔直径的1.51.7倍,孔深610 m。卸压滞后距离一般不宜超过510 m;或者超前采面,削弱采面超前支承压力的影响。,作用: 支承压力峰值向巷道围岩深部转移; 为巷道围岩变形提供了补偿空间。,通常采用垂直切槽防治底鼓。,3、巷道围岩松动爆破卸
12、压法的应用,利用钻孔孔底药壶爆破方法进行限制性爆破,在围岩体中形成一个连续的松散、破碎带,将支承压力峰值转移到围岩深部。同时,已经松散、破碎的围岩体具有缓冲垫层作用。 确定松动爆破技术参数应以不破坏巷道与松散、破碎带之间的围岩完整性和支架的稳定性为原则。,三、利用卸压巷硐进行巷道卸压,卸压巷硐卸压方法的实质:在被保护的巷道附近(通常是在其上部、一侧或两侧),开掘专门用于卸压的巷道或硐室。转移附近煤层开采的采动影响,促使采动引起的应力分布再次重新分布,最终使被保护巷道处于开掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。,1、在巷道一侧布置卸压巷硐,2、在巷道顶部布置卸压巷硐,主要参数:卸压巷硐的宽度及其与被保
13、护巷道的垂距。 垂距应不小于卸压巷硐底板破坏深度与至少2 m的安全岩柱之和。依据垂距和支承压力传递影响角,卸压巷硐的宽度应确保被保护巷道在其形成的应力降低区内。,3、在巷道底部布置卸压巷硐,在被保护硐室底板两侧开掘巷道,松动爆破在硐室底板中形成一个适当范围的松动破碎区域,从而有效降低硐室围岩中采动应力的集中程度,大幅度减小煤层回采期间向硐室帮角传递应力的强度,改变由采动引起的高应力向硐室传递途径,使被保护硐室处于应力降低区内。,4、宽面掘巷卸压,宽面掘巷卸压通常用于薄煤层的巷道,巷道掘进时把巷道两侧68 m宽的煤采出,将掘巷过程中挑顶、卧底的矸石充填到巷道两侧采出的空间,在煤帮与矸石充填体、矸
14、石充填体与巷道之间分别留有1m和10.5m宽的空隙。,四、掘前预采的应用,参数: 巷道应与煤层底板保持一定的垂距, 与上部工作面煤体边缘也应保持一定的水平距离。 掘前预采与跨越回采相比,改变了巷道的应力基础环境,完全避免了开采影响。因此,掘前预采是效果最理想的卸压方法。,第四节 棚式支架支护设计,一、棚式支架支护原理 巷道开掘后,巷道空间上方岩层的重量由巷道支架与巷道周围岩体共同承担,巷道支架与围岩体组成一个共同的承载体系。 现有的各种巷道支架,在“支架围岩”力学平衡系统中,只能承担极其有限的一小部分载荷,支架在围岩内部应力平衡关系中所起的作用是微小的,更不能企图依靠支架去改变上覆岩层的运动状
15、态。 然而支架的这个微小的支撑力又是极其重要和必不可少的,支架的工作阻力,尤其是初撑力在一定程度上能相当有效地抑制直接顶板离层,控制围岩塑性区的再发展和围岩的持续变形,保持围岩的稳定。 因此,巷道支架系统必须具有适当的强度和一定的可缩性,才能有效地控制和适应围岩的变形。,1、实行二次支护 一次支护允许围岩产生一定的变形,围岩变形和能量释放到一定程度后,进行二次支护。二次支护应在初次支护尚未失效,围岩移近速度已经很小的适当时间进行。 2、采用柔性支护 金属可缩性支架不仅对围岩的变形产生一定阻力,本身还具有可缩性,避免支架严重变形和损坏。支架在允许围岩有限变形继续释放能量同时,仍具有足够的工作阻力
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 煤矿 围岩 控制 检测 巷道 监测
链接地址:https://www.31doc.com/p-2820853.html