巷道围岩稳定性及控制技术
地质构造区巷道掘进及回采围岩控制技术
地质构造区巷道掘进及回采围岩控制技术地质构造区是指具有特定的地质构造特征的煤矿区域。
地质构造区巷道掘进及回采围岩控制技术是煤矿开采过程中的关键技术之一，对保证矿井的安全稳定和高效开采具有重要意义。
本文将对地质构造区巷道掘进及回采围岩控制技术进行详细阐述。
一、地质构造特征及影响因素地质构造特征是指地质构造对煤层和围岩性质形成的影响。
常见的地质构造特征包括断层、褶皱、岩体结构等。
这些地质构造特征会导致煤层和围岩的变形、断裂、滑动等现象，进而影响巷道的稳定性和开采效果。
地质构造特征对巷道掘进及回采围岩控制技术的影响主要有以下几个方面：1. 地应力分布不均匀：地质构造的存在导致地应力分布不均匀，使得煤层和围岩的应力状态复杂多样，增加了巷道开挖和围岩控制的难度。
2. 煤层倾角和变形：地质构造引起的煤层倾角和变形会导致巷道的变形和破坏，增加了巷道围岩控制的难度。
3. 地质构造带：地质构造带是地质构造的显著特征，具有较大的空间扩展性和影响范围。
在地质构造带附近进行巷道掘进和回采时，需特别注意围岩的稳定性，采取相应的支护措施。
二、巷道掘进技术1. 顺层巷道开挖：在地质构造区进行巷道开挖时，优先选择顺层巷道。
顺层巷道开挖相对较容易，可减少地质构造带的影响。
2. 断层横越巷道：在遇到断层时，可以选择横越断层开挖巷道的方式。
通过在断层两侧设置悬索锚杆或盘状锚杆支护，保证巷道的稳定。
3. 导坑法：在遇到较大的断层时，可以采用导坑法进行巷道掘进。
导坑是一种预先探测断层情况的方法，通过导入小断层，探测地质构造带的性质和变形情况，为后续巷道掘进提供参考。
三、回采围岩控制技术1. 安全巷道：在地质构造区进行煤层回采时，需要设置安全巷道以确保矿工的安全。
安全巷道要远离断层和其他地质构造带，采取坚固的支护措施，保证矿工在紧急情况下的疏散通道。
2. 支护措施选择：对于需要支护的巷道，应根据地质构造的特点选择合适的支护措施。
常用的支护措施包括锚杆、锚网、喷锚、打炮锚等。
深井软岩巷道顶板围岩稳定性控制技术
图 １ 岩 层 柱 状 图 ６０ ｍ ５ ０ ｍ。 顶 板 锚 杆 配 合 Ｋ Ｍ Ｔ ３型 钢 带 进 行 支 护 ，钢 带 梁 长
４０ｍ ０ ０ ｍ；帮 部 采 用 Ｍ６ ０钢 带 ， 实 体 煤 帮 梁 长 ３０ ｍｍ，煤 ２０ 柱 帮 为 ２０ ｍ ４ ０ ｍ。 钢 筋 网 用 ５ ５ ｎ 钢 筋 焊 接 ，宽 度 应 在 ．Ｉ ｌ ｎ
岩石 名称 层厚／ ｍ 桂状 岩性描述 ２ ～６ ： ０ — 灰色 ．中厚层状 ，成分石英 ，长石、 ． ． ０ ５ ＝ ０ 细泥岩 ４ 次圆状 ，分选较蔫 ，钙 质胶结 ，具 Ｏ 交锚层理 见少量植物 叶部化石 砂质泥岩 ５ ３ ＼ ．．． ／ ． ． 深灰色 以块状 为主 １８ ｓ 中粒砂 岩 ０ ５ ２ ＼ 一 一 ・ 灰 白色 ．中厚层状成分为石英 ，分 ． —． ６ ５ … Ｊ
２１ ０ １年第 ９期
煤
炭 工
程
深 井 软 岩 巷 道 顶 板 围 岩 稳 定 性 控 制 技 术
谷 满 ，姜 光
（ ．中平 能 化 集 团平 煤 股 份 六 矿 ，河 南 平 顶 山 １
２ 中 国矿 业 大 学 矿 业 工 程 学 院 ，江 苏 徐 州
４ ７０ ； ６ ０ ０
丁 一 ２７ 一 ２ １０工 作 面 运 输 平 巷 位 于 六 矿 丁 一 采 区 （ 水 二
１ —３ ０ ６
２１ ０
黑色 ，块状半壳 ．裂隙面充填有
泥岩
平） 中下 部 ，机巷长 ６ ０ ５ ｍ，工作 面标 高 为 一５ ５～一５ ９ ９ ４ ｍ，
地 面 高 程 为 ２０ ６ ｍ，方 位 角 为 ３ ９ ，煤 层 平 均 倾 角 为 １。 ３。 ０， 走 向 Ｎ ，倾 向 Ｎ Ｗ Ｅ。煤 层 平 均 厚 度 为 ３ ８ ． ｍ，煤 质 松 软 ， 中 部 含 ０２～ ． ｍ 泥 岩 夹 层 。 围 岩 以 泥 岩 、粉 砂 岩 为 主 ，多 ． ０８
外错式回采巷道围岩稳定性评判与控制技术研究
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5.主要技术创新点 主要技术创新点 1）研究了外错式回采巷道围岩的应力、位 移分布规律； 2）全面分析了上分层开采对下分层外错式 回采巷道围岩稳定性的影响，提出了对上分层 护巷煤柱尺寸的塑性优化模式； 3）对回采巷道外错式布置时的合理外错尺 寸进行了较深的研究； 4）以整体锚固结构理论为指导对裂隙围岩 的支护方案及参数进行了设计
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9.社会效益 社会效益 1．为煤炭资源的高效回收与综采设备优势的发挥提供 了新的保证。 2．确保下分层工作面回采巷道外错布置时围岩支护技 术的可靠与合理，提高了外错式巷道的安全程度。 3．降低了外错式回采巷道的支护费用，减轻了工人的 劳动强度。 4．降低了外错式回采巷道的维护成本，减轻了回采巷 道超前支护的劳动强度，提高了下分层回采工作面的推进 速度。 10.论文发表情况 论文发表情况 论文《外错式巷道围岩稳定性技术研究》在《综采放顶 煤的发展与创新》（2005年综采放顶煤与安全技术研讨会论 文 集）一书中发表.
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（4）相似模拟实验。对于五阳矿下分层煤柱破 坏失稳过程由实验室相似材料模拟实验的方法来 确定。 （5）综合分析。结合以上各种研究工作，在 对所得数据进行综合分析的基础上，利用有关岩 石力学理论，对五阳矿区分层开采的外错式巷道 围岩的稳定与否给出明确判断。 3.2外错式回采巷道围岩的稳定性控制研究 外错式回采巷道围岩的稳定性控制研究 （1）分析总结已有的围岩控制理论，在此基础 上研究外错式回采巷道围岩的控制理论。 （2）在外错式回采巷道围岩控制理论指导下， 研究外错式回采巷道围岩的支护方案及相应的支 护参数。
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浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制
文章编号:1009-6825(2009)30-0111-02浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制收稿日期:2009-06-14作者简介:段学超(1974-),男,工程师,山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030006段学超摘 要:对影响地下工程围岩稳定性的自然因素进行了详细分析,讨论了围岩稳定性与围岩控制的方法与思路,介绍了围岩稳定性的监测方法和手段,论述了锚杆工作载荷与围岩稳定性的相互关系,用锚杆无损监测的方法来全程监测围岩稳定性对研究围岩稳定及工程施工具有很大的指导意义。
关键词:围岩稳定性,锚杆,围岩控制,锚杆无损监测中图分类号:T U 457文献标识码:A地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。
地下工程围岩的稳定性主要与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关[1],并且还与开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。
本文将对围岩稳定性监测的手段进行讨论,详细的论述利用锚杆工作载荷与围岩稳定性的关系来全程动态检测围岩稳定性的方法。
1 地下工程围岩稳定性因素1.1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构是影响围岩稳定性的基本因素。
从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类黏土质岩石、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要指各类坚硬体,由于岩石本身的强度远高于结构面的强度,这类围岩的强度取决于岩体结构。
从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。
松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。
对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。
巷道围岩控制
巷道围岩控制
巷道围岩控制是指在地下巷道开挖过程中，通过采取一系列的措施和手段，以保证巷道周围岩层的稳定性和安全性。
巷道围岩控制是地下工程施工中的重要环节，主要目的包括以下几个方面：
1. 防止巷道塌方：采用支护结构和材料，如钢支撑、锚杆、锚喷等，对巷道周围的岩层进行支护，防止其塌方。
2. 防止岩爆和冒顶：通过喷浆封孔、锚喷、钻爆、预裂、顶板保护等措施，增强巷道周围岩体的稳定性，防止岩爆和冒顶的发生。
3. 控制地表沉降：在地下巷道开挖过程中，采用合适的措施和技术，控制地表沉降的幅度和范围，保护地表建筑物的安全。
4. 控制地下水：巷道开挖过程中，地下水的水压和渗流量增大，容易引起巷道周围岩体的涌水和破坏。
因此，需要采取合适的水文地质措施，控制地下水的水压和渗流，保证巷道的稳定和安全。
总之，巷道围岩控制是地下巷道施工中的重要环节，需要综合考虑地质条件、工程要求和施工技术等因素，采取相应的措施和手段，确保巷道的稳定和安全。
巷道围岩稳定性及控制技术
③ 增加围岩强度可以显著减小巷道围岩的位移
综合考虑可靠性、经济性和使用方便。
三、用工字钢、U型钢、废钢轨等各种钢材加工的支架)
锚杆及其与其他形式组合的联合支护(包括锚梁、锚网、锚喷，锚注等)
① 1945~1950年，机械式锚杆研究与应用；
（四）、巷道支护理论学说
悬吊理论 锚 杆 传统学说 组合梁理论 组合拱理论 围岩强度强化理论 刚性梁理论 近代学说 锚固平衡拱理论 最大水平应力理论
支
护 理 论
巷道围岩稳定性及控制技术
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标
对于煤层巷道而言，采动影响主要有两个方面，即本区段的采动影响 和相邻区段的残余采动影响。
① 本区段的采动影响：指因本
区段工作面回采引起的超前支 承压力的影响。在工作面的正 常推进过程中，由于采煤工作 面的大面积回采，工作面前方 煤体上形成了很大的超前支承 压力作用，这个超前支承压力 的影响是煤层巷道在整个服务 期间内围岩变形和破坏的主要 原因。
沿工作面推进方向的超前支承压力分布示意图
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标确定
超前支承压力的分布与工作面老顶运动状态密切相关，井下实测资料 表明，直接顶厚度与采高的比值 N可以反映老顶的来压强度，即在同样的 老顶条件下，N值越大，老顶来压强度越小；反之，老顶来压强度就越大。 因此，可以利用N来反映本区段超前支承压力的影响。
⑥ 1990~2000年，以螺纹钢锚杆为代表的锚杆加之长锚索得到了广泛应用；
⑦ 2000~至今，以高强、高预应力锚杆及锚索得到了广泛应用。
钢筋(或型钢)混凝土支架 少量的不支护巷道
三、巷道支护机理
巷道围岩稳定性及控制技术PPT课件
01
围岩稳定性是指在巷道周围岩体 在一定条件下保持其完整性和稳 定性的能力。
02
围岩稳定性分析是评估巷道周围 岩体在各种因素影响下可能发生 的变形、破裂和失稳等行为，从 而为巷道支护和安全提供依据。
影响围岩稳定性的因素
01
02
03
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地应力
地壳中的应力场对围岩稳定性 产生影响，包括原岩应力和构
造应力等。
性，降低工程成本。
技术先进
积极采用先进的支护技 术、材料和工艺，提高
支护效果。
环保节能
支护材料应尽量选择环保 、可回收利用的，减少对
环境的破坏和污染。
常用支护方式
木支护
以木材为材料，常用坑木、方 木或原木作为支柱和横梁。
金属支架
采用钢材制作，包括钢拱架、 梯形支架等。
混凝土支护
利用混凝土浇筑或喷射，形成 坚固的支护体。
锚杆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ护
通过在岩体中打入锚杆，利用 锚杆的锚固力来稳定围岩。
支护效果评估
定期监测
对巷道围岩支护进行定期监测，记录围岩变 形、位移等数据。
安全评估
根据监测结果，对巷道的安全状况进行评估， 及时发现潜在隐患。
数据分析
对监测数据进行整理、分析，评估支护效果 及围岩稳定性。
优化设计
根据监测和分析结果，对支护设计进行优化 改进，提高支护效果。
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目 录
• 引言 • 巷道围岩稳定性分析 • 巷道围岩控制技术 • 工程实例分析 • 结论与展望 • 参考文献
01 引言
主题简介
巷道围岩稳定性
主要研究巷道周围岩石的稳定程 度，包括岩石的物理性质、应力 分布、位移变形等因素。
巷道围岩稳定性及控制技术
单根锚杆的锚固作用机理
三、巷道支护机理
根据以上基本方程，分别考虑有托盘锚杆和无托盘锚杆与围岩相
互作用的边界条件，利用MATHCAD软件解出锚杆表面的剪应力及锚
杆的轴向正应力分布： ① 无托盘锚杆轴向力学作用分析
无托盘锚杆表面剪应力分布
无托盘锚杆轴向正应力分布
单根锚杆的锚固作用机理
单根锚杆的锚固作用机理
(1) 锚杆轴向力学作用理论分析
三、巷道支护机理
为研究单根锚杆的轴向力学作用，从 锚杆中取出一个单元体来研究，根据单元 体的平衡条件：
锚杆本身的平衡条件：
锚杆结构及单元体受力分析示意图
对于以砂浆、速凝水泥或树脂作为锚固
剂的胶结式锚杆，粘结剪应力同锚杆杆 体与围岩之间的相对位移成正比 ：
② 有托盘锚杆轴向力学作用分析
三、巷道支护机理
锚杆表面预剪应力分布
锚杆轴向预应力分布
群锚系统的锚固作用机理
三、巷道支护机理
群体锚杆的支护作用不只是单根锚杆作用的简单线性叠加，而是一个 整体支护结构的作用。影响群体锚杆支护作用的一个最根本的客观因素是 巷道的围岩状态，在不同的巷道围岩状态下，锚杆支护具有不同的作用机 理。因此，分析群锚系统的锚固作用机理时应考虑与巷道的围岩状态相结 合，即研究在不同的围岩条件下，群锚系统是如何与围岩共同组成一个锚 固结构的，以及锚固结构是如何保持自身的稳定并且对其外围岩体发挥承 载作用的。 此外，理论研究的成果以及井下的实践均表明，护表构件以及预应力 是影响群体锚杆支护效果的两大关键因素，对于充分发挥群体锚杆支护系 统的主动、及时支护能力，提高巷道的支护质量具有十分重要的作用，因 此分析群体锚杆支护系统的护表构件效应以及预应力效应将是进一步研究 支护系统形成的锚固结构效应的一个前提，对于深入理解群体锚杆支护系 统的锚固作用机理具有十分重要的意义。
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（四）、巷道支护理论学说
三、巷道支护机理
悬吊理论
传统学说 锚
支护理论一直是采矿技术领域研究的一个重点。
煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长发展过程。多年来国内外 的工程实践经验表明，锚杆支护是煤矿巷道经济、有效的支护技术。煤矿锚杆支护的发展，使矿 井的吨煤成本和巷道的支护成本显著降低，巷道推进速度有了很大的提高，支护质量和安全条件 得到了很大的改善。
组合梁理论
杆
组合拱理论
支
护
围岩强度强化理论
理
论 近代学说
刚性梁理论 锚固平衡拱理论
最大水平应力理论
钢筋(或型钢)混凝土支架 少量的不支护巷道
（四）、巷道支护理论学说
三、巷道支护机理
巷道支护理论是巷道支护选择与设计的基础和关键之一，主要解答不同
类型巷道支护(加固)的对象、围岩稳定条件、支护(加固)与围岩相互作用的
机制、各种支护(加固)技术优化选择设计方法等根本性问题，其正确与否和
完善与否直接关系到井巷工程的经济性、可靠性和安全性，所以，长期以来
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标
岩巷围岩稳定性分类指标
（一）、支护原理
三、巷道支护机理
巷道开挖后, 岩体的原岩应力状态被破坏, 围岩中应力重新分布在切向应
力增大的同时, 径向应力不断减小, 并在巷道表面处达到极限。这种变化促使
围岩向巷道空区变形, 围岩本身的裂隙发生扩容和扩展, 力学性质随之不断恶
锚杆支护是一项系统工程，它涉及到设计、施工、支护材料、实测技术手段等各个方面，但是 都依赖于对锚杆支护机理有一个正确的认识。国内外学者在煤矿巷道锚杆支护机理方面也做了大 量工作，提出了多种支护理论，在实际应用中也解决了不少问题。但是由于煤矿巷道地质条件的 复杂性和多变性，导致对锚杆支护作用机理的认识还缺乏全面、系统性，缺乏细化的、深入的试 验研究，因而难以在工程中真正得到实际的应用。
沿工作面推进方向的超前支承压力分布示意图
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标确定
超前支承压力的分布与工作面老顶运动状态密切相关，井下实测资料 表明，直接顶厚度与采高的比值 N可以反映老顶的来压强度，即在同样的 老顶条件下，N值越大，老顶来压强度越小；反之，老顶来压强度就越大。 因此，可以利用N来反映本区段超前支承压力的影响。
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标
对于煤层巷道而言，采动影响主要有两个方面，即本区段的采动影响 和相邻区段的残余采动影响。
① 本区段的采动影响：指因本 区段工作面回采引起的超前支 承压力的影响。在工作面的正 常推进过程中，由于采煤工作 面的大面积回采，工作面前方 煤体上形成了很大的超前支承 压力作用，这个超前支承压力 的影响是煤层巷道在整个服务 期间内围岩变形和破坏的主要 原因。
三、巷道支护机理
在巷道支护原理的指导下，为了安全、经济地维护好巷道，在选择支护 型式和参数时应遵循以下原则：
辩证地解决围岩应力与支护强度两者之间的相对关系； 根据实际情况进行一次或二次、多次支护； 提高围岩的自承能力；
① 将围岩由载荷体变为承载体 ② 积极发展主动支护，控制围岩变形 ③ 增加围岩强度可以显著减小巷道围岩的位移
综合考虑可靠性、经济性和使用方便。
（三）、主要支护形式
三、巷道支护机理
金属支架(包括矿用工字钢、U型钢、废钢轨等各种钢材加工的支架) 锚杆及其与其他形式组合的联合支护(包括锚梁、锚网、锚喷，锚注等)
① 1945~1950年，机械式锚杆研究与应用；
② 1950~1960年，广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支护进行系统研究； ③ 1960~1970年，树脂锚杆推出并在矿井得到应用； ④ 1970~1980年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并应用，研究新的设计方法， 长锚索产生； ⑤ 1980~1990年，混合锚头锚杆、桁架锚杆、特种锚杆等得到广泛应用，树脂锚 固材料得到改进； ⑥ 1990~2000年，以螺纹钢锚杆为代表的锚杆加之长锚索得到了广泛应用； ⑦ 2000~至今，以高强、高预应力锚杆及锚索得到了广泛应用。
化。(如图中红色曲线) 随着支护的施加，巷道围岩表
因此, 巷道支护的着眼点应放在 充分利、发挥和改善围岩的自承 能力上。
面由双向应力状态变为三向应力状
态，巷道周边浅部围岩的承载能力
得到显著提高，更多的浅部围岩从
无支护时的屈服状态转化为支护后
的弹性状态，围岩塑性区的范围明
显缩小。 (如图中蓝色曲线)
（二）、巷道支护原则