巷道矿压控制原理
典型事故案例分析
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• 第二节 巷道支护
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一、 巷道围岩压力的概念
（一）巷道围岩压力
• 地下岩体在开挖以前，由于自重和构造所引起的应力是处 于平衡状态。
• 当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状 态，就会引起岩体内部应力的重新分布。
上和空间上躲开高压力的作用
转移矿压 （移压）
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通过人为方法使巷道围岩受到松动，形 成卸载槽孔或其他形式的卸载空间，迫 使载荷转移到离巷道较远的地点，达到
减轻巷道受压的目的
具体措施举例
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2003年以来锚杆支护顶板事故统计表
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• 3、事故原因分析
• 按事故类别分： • 发生在掘进期间6起，占37.5%；发生在使用期间6起，占37.5%；
发生在巷修期间4起，占25%。
• 按空间位置分： • 发生在断层带、淋水带、破碎带7起，占43.75%；发生在应力集
• 表现为巷硐周围煤、岩体产生移动、变形甚至破坏，直到 煤、岩体内部形成一个新的应力平衡状态为止。
• 在此过程中，巷道本身或安设在其中的支护物会受到各种 力的作用。这种由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、 硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引 起的力，就叫做“矿山压力”。
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提高支架的支撑能力或支护密度，用加 抵抗矿压（抗压） 强支护的手段去抑制或减少围岩移动，
增强巷道抗变形能力以对付矿压的作用
忍让矿压 （让压）
在采用适当支护措施和保持支架本身不 遭受严重破前提下，容忍围岩产生一定 变形，以释放掉一些能量（也称应力释 放）
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制一．名词解释矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。
充填开采：就是用充填材料来充填已采空间，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形的顶板管理技术，采用此方法管理顶板的采煤方法称为充填开采。
关键层：对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。
锚固力：锚杆对围岩所产生的约束力称为锚固力。
根据约束方式分为：托锚力，黏锚力，切向锚固力；根据锚固阶段分为：初锚力，工作锚固力，残余锚固力。
沿空留巷：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，作为下区段工作面的回采时的回风平巷称为沿空留巷。
沿空掘巷：在上一区段工作面运输平巷废弃后，待采空区上覆岩层移动基本稳定后，沿被废弃的巷道边缘，掘进下一工作面的区段回风平巷称为沿空掘巷。
冲击矿压：是压力超过煤岩体强度极限，聚积在采掘工程周围煤岩体之中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。
充分开采：当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值不再随采空区尺寸增大而增大的开采状态称为充分采动。
二．简答题1.原岩应力概念组成部分以及场规律特点：（☆）答：天然存在于原岩内与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
其主要组成部分是自重应力场和构造应力场。
其规律特点：（1）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量。
（2）水平应力普遍大于铅直应力。
（3）平均水平应力与铅直应力的比随深度增加而减小。
（4）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.构造应力场的特点：答：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。
其特点：（1）构造应力以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性。
论述煤矿回采巷道矿山压力控制与支护
75能源技术 煤矿开采作业中，会对地层结构产生一定的破坏和影响，伴随的安全隐患较大，这就需要煤矿开采作业中能够充分了解到回采巷道矿山压力控制和岩层分布、应力大小和分布条件之间的内在联系，有针对性组织煤矿开采活动开展。
其中，施工人员需要充分了解到顶板坍塌事故和岩层运动破坏之间的深层次联系，岩层运动和破坏导致的结构则是应力问题出现的主要原因。
基于此，为了可以有效提升煤矿开采作业安全，为人们的生命财产提供更为坚实的支持和保障，有效提升煤矿开采经济效益，推动煤矿产业发展。
加强对其研究，具有十分重要的现实意义，有助于为后续工作开展提供参考。
1 煤矿回采巷道矿山压力控制 就煤矿回采巷道矿山压力控制来看，主要是强调回采巷道上方岩体对煤矿回采巷道带来的作用力，从中可以了解到煤矿回采巷道矿山压力控制同岩层运动条件存在着密切的联系，应力大小和分布情况直接影响着后续的煤矿回采巷道矿山压力控制工作开展。
通过大量的实践工作可以发现，顶板坍塌事故和顶板运动破坏之间是存在内在联系，主要是由于岩层运动破坏应力场的应力大小，影响到煤矿回采巷道的整体结构安全性和稳定性。
基于此，应力条件实现在很大程度上是取决于岩层运动和破坏的最终结果，如果在同一个时空下发生新的转化形态，全部是因为岩层运动和破坏导致，需要予以高度关注和重视[1]。
2 回采巷道矿山压力的分类2.1 原始应力场中维护的巷道 在原始应力场中，维护的巷道同样受到采动压力影响，这样的条件下，根据原始应力场的分布特征来看，大致可以将其分为量方面来看，其一，是上覆岩层重力带来的影响，可以将看做是由于单一重力作用导致的原始应力场；其二，是重力和其他结构应力的综合作用影响下，通过深入挖掘不难看出其中还存在残留的结构应力[2]。
2.2 采动支撑压力分布范围中维护的巷道 在这样的前提条件下，对于范围内有待发掘和维护的巷道应力大小，更多的是取决于岩层破坏范围内的岩层重力运动情况，如果岩层运动和破坏停止，那么在这个范围内有待转变的巷道岩层应力将随之缩小。
巷道支护
二、影响巷道围岩压力的地质因素
(4)膨胀压力的影响因素
影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态， 物理化学性质，围岩中水分的补给状况，水与岩石 的接触条件，支护和充填层的可塑性等。
三、巷道矿压控制原理
巷道中的矿压显现是客观的自然现象，除了一些特 殊情况外， 在采掘过程中企图完全消除这种现象是 不可能的 。然而在掌握巷道矿压显现规律的基础上， 以岩石力学理论为指导，有可能在不同程度上 减轻 矿压显现对巷道的危害，从而达到安全生产和取得 较好技术经济效果的目的，这是巷道矿压控制的基 本任务。
1）喷射砼支护工艺流程（如图5-18） 先将砂子、石子过筛－>按一定配合比与水泥一同送 入搅拌机内搅拌－>用矿车将拌和料运至掘进工作面 －>经上料机装入吹压缩空气为动力的喷射机－>经 输料管吹送到喷头处与水混合后喷射到岩面上。
2）喷射砼施工工艺与普通砼支护的差别： （1）喷层受到连续冲实压密，具有致密的组织结构和 良好的物理力学性能，特点是强大的粘结力使其能同围 岩紧密粘结形成喷砼独特的支护作用效果； （2）喷射砼支护能紧跟迎头，及时封闭围岩，防止围 岩过早松动或风化，从而能够控制围岩的过渡变形与松
4）硅酸盐水泥的应用
在常用的水泥中，硅酸盐水泥标号较高（425～ 725），故常用于重要工程中的高强混凝土、钢筋混凝 土和预应力混凝土工程。 （2）普通硅酸盐水泥（标号：325 425 ～725） 1）定义：熟料＋少量（10％～15％）混合材料＋适
量石膏（3％）
（3）混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥 1）混合材料及其作用 a、活性混合材料（水硬性混合材料）：粒化 高炉炉渣、火山灰质混合材料等，可以提高水泥 产量、改善性能、调节标号、扩大使用范围等。 b、非活性混合材料（填充性混合材料）：石 英砂、粘土、石灰石、慢冷矿渣等，可以提高产 量、降低标号、减少水化热等
深井巷道矿压分析与变形控制
监 测结 果表 明 ， 巷道 开 掘 ， 在 用锚 喷 网支 护 后 １
～
４ 结
论
１ ， ０ 巷道两帮的变形速率达 ２ ｍ／ ， ｄ ４ｍ ｄ 顶部变形
速率为 ２ ． ｍ／ ， ５７ ｍ ｄ变形很剧烈 ； 巷道开掘 ２ 后 ， ２ ｄ 两 帮变形 速 率为 ３ ９ ｍ／ ， ．６ｍ ｄ 顶部 为 ２ｍｍ／ ， 形 ｄ变
完 毕后 换特 制带 钩螺 母 。螺母 上 的铁丝 钩作 为测 量
基点。
Ｃ
（ ）在 底 脚 设 置 底 脚 锚 杆 ，锚 杆 设 计 为 西２ ２ ０
ｍｍ、 Ｌ＝２２０ｍ 的 高 强 锚 杆 ， 距 ８０ｍ 与 水 ０ ｍ 排 ０ ｍ，
平 面成 ３ 。 。 Ｏ角
（ ）为 了保 证副 井 马头 门永久 支护 结 构 的安 全 ３ 运营 ， 根据 矿压监 测 结果进 行 围岩 注浆 加 固。 注浆 采
速 率虽然 趋 于相对 稳定 ， 累计 变形 不断 增 大 ， 经 但 且
围岩 陛质、 深埋巷道围岩的高应力及不尽合理的
支护形式 导致深井巷道 围岩强 烈的变形和破坏 。开巷 后 的锚 网喷 支护对 控 制软 岩巷 道 围岩 的长 时 间变形 破坏效果 有 限 ， 在初次 支护后 充分释放 围岩 的变形 应 能 的情况 下 ，根 据监 测结果 选 择合适 的锚 注加 固 时 机 。注浆过早 ， 浆液 的渗透 陛能较差 ； 注浆过 迟 ， 围 则 岩 结构遭 到 破坏 ， 巷道 围岩 累计 变形 量 较大 ， 岩体 破 碎 易掉 落 。因此 ， 注浆加 固在强 烈 的掘进 影 响基 本结 束， 巷道处 于变 形缓和期时进行效果较 好 。
深 井 巷 道 矿 压 分 析 与 变 形 控 制
矿压概念
一概念：1、矿山压力：开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。
这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
2、矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在掩体中产生的动力现象。
这些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
3、矿山压力控制：为使矿山压力显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产、必须采取各种技术措施吧矿山压力显现控制在一定范围内。
对于有利于采矿生产的矿山压力也应当合理利用，所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。
5、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切应力增高部分称为支撑应力。
6、老顶：通常吧位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
7、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
8、直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。
回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。
直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。
随着工作面推进，顶底板处于不断引进的状态。
由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶底板下沉量。
10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。
有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。
煤矿回采巷道矿山压力控制与支护探析
煤矿回采巷道矿山压力控制与支护探析[摘要]文章提出了回采巷道矿山压力控制的理论和模型，接着确定了回采巷道侧煤柱支护参数，最后文章还分析了巷道矿山压力控制和支护选型设计，提出了相应的煤矿顶板控制策略。
希望通过这样的探讨分析能够引起人们对这一问题的进一步关注，能够对煤矿回采巷道矿山压力控制与支护的实际工作发挥指导作用。
【关键词】煤矿；回采巷道；矿山压力；支护技术；压力控制一、引言在煤矿开采过程中，煤矿回采巷道矿山压力控制与岩层运动、应力场应力大小、应力分布条件等有着紧密的联系。
其中，顶板坍塌事故、岩层运动破坏与重力应力场密切相联，应力条件的实现都是岩层运动和破坏的结果。
为了保证煤矿生产的安全，保证人们的生命安全，提高煤矿开采的效益，探讨分析煤矿回采巷道矿山压力控制的相关问题，并提出相应的压力控制与巷道支护策略无疑具有重要的现实意义。
二、回采巷道矿山压力控制的理论和模型在回采巷道开掘和维护的过程中，促使围岩运动破坏的矿山压力来源及其相对推进的位置和时间可以分为三种类型，1、采动支承压力压力影响范围之外，也就是在原始应力场中开掘和维护的巷道。
从原始应力场的的特征来看，该压力的来源可能有两种情况，一种是来源于上覆岩层的重力，它是单一重力作用的原始应力场；另一种是来源于重力和残余构造应力的综合作用，存在残余构造应力的原始应力场。
2、在采动支承压力分布范围的内应力场中开掘和维护巷道。
在这个范围之内，巷道围岩应力大小由岩层重力所决定的。
在实际工作中，如果岩层运动完全停止，那么该范围内的应力便会变得非常小。
3、在采动支承压力分布中高应力区中开掘和维护的巷道。
在这种情况下，围岩的应力来源于围岩整体重力。
三、回采巷道侧煤柱支护参数的确定为了更好的采取支护策略，保证煤矿开采的顺利进行，首先有必要确定回采巷道侧煤柱支护参数，具体步骤如下。
1、在下位岩梁单独运动时，关系方程—位态方程如下：Psp1=（A1+D1）—C （S1-SA）22、当多岩梁同时运动的时候，总体位态方程的表达式为：Psp=（A+Dn）—（S1-SA）23、当老顶全部岩梁裂断运动的时候，运用重力平衡力矩平衡位态方程推算，得出内应力场煤层最大压缩量的近似值分别为：四、巷道矿山压力控制和支护选型设计对于内应力场开掘和维护巷道控制矿山压力来说，其关键的内容包括以下三个方面。
矿山压力与岩层控制知识点
名词解释1、关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。
岩石的空隙度岩石中各种孔洞和裂隙体积总和与岩石总体积之比。
也称孔隙率。
3、直接顶初次跨落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落，回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大,当达到其极限垮距时开始垮落。
直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
老顶：通常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
一般是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。
6、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶,一般由页岩、砂页岩、粉砂岩组成。
7、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。
8、矿山压力：这种由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，9、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
10、锚杆托锚力：锚杆托锚力包括安装锚杆时，通过拧螺母产生的锚杆托板对围岩的预紧力、水胀式管状锚杆杆体纵向收缩，使托盘对围岩产生的预紧力、以及锚杆托板阻止围岩向巷道内位移时，对围岩施加的径向支护力。
11、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，12、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。
有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。
此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象。
即称为老顶的初次来压。
16、简述构造应力的基本特点。
（1）构造应力主要是水平应力，而且地壳运动趋势是相互挤压，所以水平运动以压应力占绝对优势。
（2)构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大变化。
（3）岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。