深部高应力巷道
井下深部开采存在的问题及对策
井下深部开采存在的问题及对策目前我国煤矿开采的总局势浅度的储存量偏少，而在1000m以下的深度总储量占得比较多，据资料调查，深度的储藏量约占总量的70%多。
而且，在我国东部，煤矿深度以快速速度增长，预计在未来几十年，大部分的煤矿深度将延伸到1000m～1500m之间。
那么，随着开采深度的延伸，由于地表和岩层移动的问题相当复杂，随之新的地表沉陷预测和控制问题也出现了。
另外，在煤矿深部开采中，关于在河流下、建筑物下和铁路下遇到的问题以及矿压、保护煤柱留设、瓦斯、地热等多种技术难题也日趋渐多，严重影响着煤矿生产和矿井建设的发展。
1 我国煤矿深部开采的现状煤矿深部开采问题一直是世界各发展中国家关注的问题。
在世界主要采煤国家中，都领先进入深部开采，而且快速发展。
我国的主要国有煤矿中，采深大于800m的大约占总数的13%，它们主要分布在我国的北京、沈阳、徐州等东部地区，这些矿区的开采时间都比较长。
其中，在开采深度超过1000m以上的还有几个。
2 煤矿深部开采存在的问题2.1地表沉陷预测和控制问题在对矿区进行地表沉陷预测和控制设计所用的参数，我国大部分地区都采用深度小于300m的观测站资料，如果按照比较严格的要求，这些参数资料都只适合在开采深度小于300m的地表沉陷预测和控制。
那么，在《“三下采煤”和主要的井巷煤柱留设及压煤开采规程》中给予的移动角，一般都是达到深部开采条件下的实测值。
在同个矿区，给出的移动角值都是固定的。
但经过实践证明，在具备深度开采条件下，移动角值是否固定无法提供科学依据。
在当前有限的条件下，在深部开采适合条件下采用实测求取岩层移动角的这种方法并不简单。
另外，很多重复建立地表移动观测站实测求取岩石移动角的方法因为所需要的时间相当长，很多都中途而废，导致大量浪费人力财力物力。
2.2 矿井的生产维护费用高在煤矿深度开采中，岩体塑性大和原岩应力大导致矿压明显强烈。
随着采深程度的延伸，覆石自重压力会越加增大，构造压力也会越来越增强，导致围岩会严重变形，巷道和采场失去平衡，顶板管理起来有相当的难度。
深部放顶煤开采下煤层应力场
深部放顶煤开采下煤层应力场目录一、内容概要 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 国外研究现状 (4)1.2.2 国内研究现状 (6)1.3 主要研究内容与方法 (7)二、深部放顶煤开采理论基础 (8)2.1 深部放顶煤开采概述 (9)2.2 应力场基本概念 (11)2.3 放顶煤开采过程中的力学行为 (12)三、煤层应力场数值模拟方法 (13)3.1 数值模拟方法简介 (15)3.2 常用软件介绍 (16)3.3 模型建立与边界条件设置 (17)四、案例分析 (18)4.1 案例背景 (19)4.2 模拟方案设计 (20)4.3 模拟结果与分析 (21)4.3.1 应力分布特征 (23)4.3.2 支护效果评价 (23)五、深部放顶煤开采应力场控制技术 (24)5.1 控制技术概述 (25)5.2 关键技术措施 (26)5.2.1 支护技术 (27)5.2.2 开采工艺优化 (28)5.3 技术实施案例 (29)六、结论与展望 (30)6.1 研究成果总结 (31)6.2 存在的问题及未来研究方向 (31)一、内容概要背景与意义：阐述深部放顶煤开采技术在能源资源开发中的重要地位及其对环境保护与可持续发展的影响。
研究现状：概述国内外在深部采矿应力场理论及实践经验上的研究进展，特别是针对复杂地质条件下的应力分布规律和精确测量技术的发展。
应力场变化特征：详细描述不同开采条件下煤层及围岩应力分布特点，包括主应力轴方向变化、应力量级的变化趋势等。
对开采安全的影响分析：探讨煤层应力变化对巷道支护稳定性、顶板控制及煤体冒落等开采安全问题的影响机制。
支护技术优化：基于应力场特征分析，提出合理的支护设计方案，并评价传统支护方法和技术改造的必要性和有效性。
资源回收效率提升策略：通过调整采掘工艺参数、优化顶板管理等方式提高煤炭采出率和回收效率。
未来研究展望：结合当前研究中的不足之处，提出进一步深化理论研究、加强实测数据支持及推动技术创新等方面的意见和建议。
底鼓治理措施
回采巷道底鼓治理措施的探讨（黄成军）摘要：回采巷道底鼓是煤矿巷道底板常见的矿压现象之一，强烈的底鼓导致巷道断面缩小，阻碍通风、运输和井下交通。
随着支护技术的发展，已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，然而对于防止底鼓却一直缺乏既经济又有效的办法。
在煤矿生产中，几乎所有回采巷道都会出现不同程度的底鼓，因此有必要探索引起回采巷道底板鼓的真正症结，进而为防治巷道底鼓提供科学依据。
本文在大量了解前人对底鼓所作研究的基础上，详细的分析了底鼓产生的原因及其机理，总结了不同的治理措施，为巷道底鼓的治理提供理论依据及技术参考。
关键词：回采巷道，底鼓，治理措施1概述底鼓是煤矿巷道中经常发生的动力现象。
底鼓的主要原因为采掘影响顶板压力经两帮传至底板产生底鼓。
巷道的强烈底鼓导致断面缩小，阻碍运输、通风和人员行走，底鼓严重的矿井需要进行繁琐的巷道翻修工作，甚至有的巷道因底鼓严重而报废，给企业带来巨大的经济损失，甚至造成事故，严重影响煤矿的安全生产。
近年来，国内外很多学者和煤矿技术人员对巷道底鼓的机理、防治措施等进行了卓有成效的研究，提出了很多底鼓控制技术，这些成果对巷道底鼓的控制起到了很好的指导作用。
然而，由于原岩应力的增加和岩性的多样性、复杂性，在巷道的底鼓控制过程中，必须根据具体的围岩地质条件选择合理的支护方法及治理措施。
2回采巷道底鼓机理分析2.1巷道底鼓原因回采巷道底鼓产生的外在原因是矿山压力。
由于掘进巷道，引起巷道围岩应力的重新分布，其中应力升高区的作用是产生巷道底鼓的主要原因。
此外，由于回采工作面的开采，在工作面前方10~30m的范围受采动影响比较明显。
而影响最剧烈是在工作面后方15~20m处。
这些区段的应力对底鼓起加剧作用。
回采巷道产生底鼓的内在因素是巷道底板强度较低。
这常存在于以下情况：底板岩体自身强度低、深部开采、巷道底板积水和底板硬岩节理发育。
回采巷道底鼓问题可以归结为岩体的力学作用和其自身物理性质变化的结果。
基于深部煤体应力监测的采动应力集中区域范围分析研究
基于深部煤体应力监测的采动应力集中区域范围分析研究目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)1.1 煤炭行业现状及发展趋势 (4)1.2 深部煤体应力监测的重要性 (5)1.3 采动应力集中区域范围分析的意义 (6)2. 研究目的和任务 (8)2.1 研究目的 (8)2.2 研究任务 (9)3. 文献综述 (10)3.1 国内外研究现状 (11)3.2 研究领域存在的问题与挑战 (12)二、深部煤体应力监测技术 (14)1. 监测技术原理 (15)1.1 应力监测技术概述 (16)1.2 监测技术原理及工作流程 (17)2. 监测设备与方法 (19)2.1 监测设备介绍 (20)2.2 监测方法的选择与实施 (21)3. 监测数据处理与分析 (22)3.1 数据采集与传输 (24)3.2 数据处理与分析技术 (25)三、采动应力集中区域分析 (26)1. 采动应力的形成与分布 (28)1.1 采动应力的形成机制 (29)1.2 采动应力的分布特征 (30)2. 应力集中区域的识别与划分 (32)2.1 应力集中区域的识别方法 (33)2.2 应力集中区域的划分标准 (34)四、基于深部煤体应力监测的采动应力集中区域范围研究 (35)一、内容概括本研究旨在深入探讨深部煤层采动过程中应力集中区域的范围和特征。
随着现代矿井开采技术向更深部煤层延伸，高应力状态下的安全问题变得尤为关键。
以全面准确地监测和分析采动过程中煤体深部的应力分布为出发点，本研究采用先进的深部地质钻探技术及应力传感器等监测设备，对不同工作面的煤体深部进行详细的应力检测。
采用动态应力监测数据和煤层开采的历史数据，应用数值模拟和现场观测相结合的方法，分析了采动过程中采空区、采准巷道、煤壁等关键区域内的应力变化规律。
本研究结合地质力学原理和致裂理论，通过构建煤体应力分布的三维数值模型，细致模拟了不同开采条件下煤体应力分布形态，确定了应力集中区域的大致位置和大小。
锚网支护实施细则
附件煤巷锚网支护实施细则锚杆支护作为一种先进、经济、有效的主动支护形式，在国内外得到普遍应用。
为了促进XX公司煤巷锚网支护技术的发展，在煤巷、半煤岩巷中科学、规范、有效地进行锚网支护，提高质量和保证安全，特制定XX公司煤巷锚网支护实施细则如下：一、指导原则1、必须树立节支降耗、提质增效的意识，转变支护理念，积极在煤巷中推广应用锚网支护。
中部矿井推广应用锚网（索）+大棚距支护方式，东西部矿井选用锚网（索）支护方式。
工作面切眼掘进一次支护必须采用锚网索支护为主的支护形式。
2、推广应用煤巷锚网支护技术，必须坚持科学态度，要依靠科技进步，高度重视锚杆支护的技术发展，积极推广应用新技术、新工艺、新机具、新材料。
3、在进行煤巷锚杆支护设计前，必须详细地收集有关地质资料，有全面、准确、可靠的巷道围岩地质力学参数，包括地应力的大小和方向、围岩性质、强度、结构等。
4、支护设计要采用动态信息设计法，充分利用每个过程提供的信息。
应严格按五个步骤进行即巷道调查和地质力学评估、初始设计、井下施工与监测、信息反馈分析和修正设计、日常监测。
5、确定锚杆支护形式与参数的原则（1）一次支护原则。
锚杆支护必须一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。
巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。
（2）高预应力与预应力扩散原则。
预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。
一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。
（3）“三高一低”原则(高强度、高刚度、高可靠性，低密度)。
在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。
注浆加固技术在沿空掘巷小煤柱的研究与应用
注浆加固技术在沿空掘巷小煤柱的研究与应用摘要：近年来,我国对煤矿的需求不断增加,煤矿开采越来越多.为提高煤炭资源回收率,部分煤矿使用沿空掘巷小煤柱布置工作面,但小煤柱在工作面回采过程中受到顶板来压和巷帮压力作用,小煤柱变形越来越严重,不利于工作面正常安全生产,因此本文首先分析固化支护原则,其次探讨沿空掘巷护巷煤柱注浆加固技术,最后就注浆加固支护效果检验进行研究,以供参考.关键词：沿空掘巷;窄煤柱;注浆加固引言沿空掘巷的巷道受到采动以及支撑压力等因素的影响，其围岩的裂隙发育、部分区域松散破碎、矿压表现突出，使得采空区的煤柱经常发生片帮，有时还会导致底板变形量大等现象，这些现象对回采过程中的安全性有极大的影响，并且使得维修巷道的成本增加，沿空掘巷中，小煤柱的稳定性对整个巷道的稳定性具有直接影响，本文采用注浆的方法对其进行加固，可以有效解决这一过程中巷道围岩发生变形或者破坏的难题。
1固化支护原则(1)保证巷道加固后保持巷道稳定，并使巷道的变形量确保在设计允许范围内，从支护方案及支护机理上，要着眼于喷浆封闭软弱岩煤体锚杆锚注联合支护，以提高围岩自身承载能力，实现强韧性封层、稳压注浆胶结主动支护、保证支护结构稳定的原则。
(2)要充分考虑到受强膨胀围岩来压快、变形量大和破碎极其严重的特点，采用支护重点在于对弱结构岩层和极软弱煤层造成巷道顶板两帮破坏的严重地段，进行放顶和扩帮，进行补锚补喷进行注浆固结围岩。
(3)施工过程中严格把控施工技术与安全生产的相互衔接、相互协调和相互促进，以安全为先，技术把关，达到巷道施工安全，后期巷道支护稳定、使用寿命增长、服务于矿井安全生产的原则。
2沿空掘巷护巷煤柱注浆加固技术2.1监测煤柱内部的应力注浆效果检验是通过围岩应力计来比较确定的，在煤柱上打孔分别测量已注浆和未注浆的煤柱内应力变化。
可以得出已注浆的煤柱孔内应力大于未注浆的煤柱，这一结果表明进行注浆加固可以连接破碎的煤岩，使其称为整体，增强其强度和承载力，同时也提高了其稳定性，更好的对围岩进行了控制。
煤矿千米深井开采技术现状
煤矿千米深井开采技术现状1 国内外深井开采现状在我国已探明的煤炭资源中，约占50%的煤炭埋深超过千米。
随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，我国煤炭开采逐步转向深部，煤矿开采深度以8～12m/年的速度增加。
如何能够安全、高效、低成本地开采深部煤炭资源，将其转换为经济建设有力的能源保障，成为目前我国煤炭行业亟需寻求突破的重大技术难题。
1.1 国外深井开采现状煤矿深部开采是世界上大多数主要采煤国家目前和将来要面临的问题。
在世界主要采煤国家中，美国、澳大利亚、德国、英国、波兰、俄罗斯等国家采矿业较为发达，原西德和前苏联较早进入深部开采。
在20世纪60年代初，原西德埃森北部煤田中的巴尔巴拉矿的开采深度就已经超过1000 m，达到1200m；从1960~1990年，原西德煤矿的平均开采深度从730m 增加到900m 以上，最大开采深度从1200m 增大到1500m，并且以每年约10m 的速度递增。
前苏联在解体前的20年中，煤矿的开采深度以每年10~12m左右的速度递增。
在俄罗斯，仅顿巴斯矿区就有30个矿井的开采深度达到1200~1350m，波兰的煤矿开采深度已达1200 m，日本和英国的煤矿开采深度曾分别达到1125 m 和1100m。
1.2 国内深井开采现状近年，我国经济持续高速稳定发展，能源需求旺盛，煤炭产量大幅度增加，2012年生产原煤36.5亿t。
矿井开采延深速度加快，一大批矿井快速进入深部开采阶段。
东北及中东部地区的多数矿区开采历史长，开采深度相对较大。
预计在未来20年，很多煤矿的开采深度将达1000~1500m。
如现在新汶矿区平均最大回采深度达到1032m。
图我国煤矿千米深井分布图据国家煤矿安全监察局初步统计，我国已有平顶山、淮南和峰峰等43个矿区的300多座矿井开采深度超过600m，逐步进入深部开采的范畴，其中开滦、北票、新汶、沈阳、长广、鸡西、抚顺、阜新和徐州等近200处矿井开采深度超过800m，而开采深度超过1000m 的矿井全国有47处。
巷道支护技术
2.1 巷道围岩控制理论1907年俄国学者普罗托吉雅可诺夫提出普氏冒落拱理论[1-2]，该理论认为：巷道开掘后，已采空间上部岩层将逐步垮落，其上方会形成一个抛物线形的自然平衡拱，下方冒落拱的高度与岩层强度和巷道宽度有关。
该理论适用于确定巷道围岩强度不高、开采深度不是很大的巷道支护反力。
20世纪50年代以来，人们开始用弹塑性力学解决巷道支护问题，其中最著名的是Fenner [3]公式和Kastner 公式[4]。
Fenner 公式为：()[]10cot sin 1cot -⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=ϕϕϕσϕN i R r C C P （1）式中，i P —支护反力；C —围岩内聚力；ϕ—内摩擦角；0σ—原岩应力；r —巷道半径；R —塑性圈半径；ϕN —塑性系数，κϕϕsin 1sin 1-+=N 。
Kastner 公式为：()()ϕϕϕϕϕsin 1sin 20sin 1cot cot -⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯++-=R r C P C P i （2）式中，i P —支护反力；C —围岩内聚力；ϕ—内摩擦角；0P —初始应力；r —巷道半径；R —塑性圈半径。
国内外巷道顶板控制理论发展很快[3-4]，我国在1956年开始使用锚杆支护，迄今为止，已有50多年的历史。
锚杆支护机理研究随着锚杆支护实践的不断发展，国内外已经取得大量研究成果[5-10]。
（1）悬吊理论1952年路易斯阿帕内科L(ouis.Apnake)等提出了悬吊理论，悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上，在预加张紧力的作用下，每根锚杆承担其周围一定范围内岩体的重量，锚杆的锚固力应大于其所悬吊的岩体的重力。
（2）组合梁理论组合梁理论认为，端部锚固锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。
（3）减跨理论在悬吊作用理论及组合梁作用理论的基础上，提出了减跨理论，该理论认为:锚杆末端固定在稳定岩层内，穿过薄层状顶板，每根锚杆相当于一个铰支点，将巷道顶板划分成小跨，从而使顶板挠度降低。
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2015年第5期2015年5月
a)大变形、强时效与强流变。在高应力软岩巷道的变形量不仅大且有着较强的时间效应和极长的持续性流变性。通常而言发生变形后时间多长达一至两个月之久，严重的甚至会达数年之久。而巷道在获得良好支护的前提下变形亦会达到100mm左右，若前期支护效果不佳，则变形可达数百乃至上千毫米。据相关记录，曾有巷道连续20a持续性发生底鼓现象，底鼓累计达数10m多；b)初期变形率较大，自稳时间较短。在巷道刚刚开掘的前几天，巷道变形速度每天多在10mm左右，严重的可达每天几十甚至上百毫米。此外，深部巷道围岩发生应变软化现象时由于大应力的作用，其自稳时间通常极短，往往数十分钟及数小时即可实现自稳；c)变形存在非对称性与时序性。首先巷道的变形先从两帮开始，当其达到一定程度后底板发生鼓起，其鼓起量为总移近量的70%～80%，随后才是巷道顶板发生沉降与破损。2深部高应力软岩巷道支护措施a)优化巷道设计。实际施工中施工人员应依据实测所得地质资料及生产所需对巷道的布局进行统一安排。(a)巷道的位置应尽量选择工程地质较佳、围岩破碎不厉害且强度较大的煤岩层；(b)对于有着强烈构造应力场的矿区，巷道挖掘方向应极力避免同应力大的方向相互垂直；(c)巷道断面形状的选择必须切合实际围岩应力分布特点，在深部软岩巷道的支护中常用的巷道断面形状有扁椭圆形、带反拱的圆形或马蹄形及带反拱的半圆拱形；b)改进施工方法。对巷道的开掘尽量采用大型机械进行，需进行岩层爆破时，尽量采取光面爆破以降低对周围岩层的震动作用，避免围岩中环向裂隙的发育以确保围岩保持良好的完整性。此外巷道挖掘后应尽量保证其帮壁的平整光整，其中切不可出现大的凹凸，从而使得应力发生局部的集聚与分布不均；c)对施工顺序及支护形式进行升级。软岩巷道因其变形有着持续性的特点，是以对高应力软岩巷道的支护不可过早，应在其发生可一定的变形后再开始，这样可有效降低支架所承受的压力，确保支护的效果。但结合围岩的变形特性，支护开始的时间则是越靠前越好，对此可通过分次支护的方法予以解决。具体而言在巷道掘出后立即对其进行初次支护，支护确保具有充足支护力的同时还应有一定柔性，待巷道出现适当变形后对其进行二次支护，这次支护中应适度地提升锚网的强度并延长锚杆与锚索的长度，从而使整个支护结构形成完整的环状承载体；d)提升围岩自承圈的厚度。常用的方法有3种，(a)使用加长的高强度锚杆；(b)使用锚索进行加固，锚索因其长度较长，可深入岩层深部，有效地改善围岩的应力分布，增加自承圈厚度；(c)对传统支护结构进
行优化升级，具体来说可在巷道变形最显著的顶底角
增设斜拉锚杆或对底板进行锚喷支护，使巷道内的支
护结构形成完整的封闭式支护体，提升支护效果；
e)对施工进行动态监管。依据求真务实的态度进
行现场施工，构建完整的实时反馈系统，对施工中遭
遇的各种问题进行及时反馈，设计人员则根据反馈所
得信息对原有设计进行调整和优化，实现整个过程的
动态管理。
3锚注支护技术及其机理
锚注支护技术是上世纪末发展起来的一种新型巷
道支护手段，其通过中空的锚杆实现锚杆支护与注浆
支护的一体化，通过锚杆注浆在改善软岩岩体深部的
松散结构，增强岩体强度的同时，为锚杆功效的发挥
提供坚实的着力点，从而使锚杆同围岩构成完整由多
层组合拱构成的支护结构，有效提升其整体性与承载
力。具体而言锚注技术的支护机理有以下几点：a)通
过注浆有效堵塞了围岩中的裂隙，封闭了其与空气及
水源的接触，避免了因地下水的侵蚀而导致岩体强度
进一步降低，同时通过注浆还有效提升了围岩的完整
性，消除了裂隙尖端的应力集中，并减缓了巷道开掘
后应力的集中速度，使围岩由原先的二向受力变为三
向受力；b)浆液的粘结性使得注浆后岩体内部的不连
续面及变形模量等力学特性显著改善，使其内部凝聚
力和摩擦角明显提升，从而使围岩稳定性提升；c)通
过锚注可显著强化巷道关键位置，使巷道围岩长期保
持稳定。在软岩巷道中有一些地方诸如顶角、底角等
是影响围岩稳定性的软弱位置，在注浆后，这些部分
能够明显得到加强，并使得整个支护结构形成完整的
环形承载体，显著提升巷道稳定性，避免其从破坏由
关键位置的对外扩张，确保围岩长期保持稳定。
4结语
伴随煤矿开采深部的日益提升，井下巷道的应力
水平亦不断提升，尤其是在地质活动较为频繁的地
区，岩层水平应力多大于垂直应力，从而形成了高应
力软岩巷道。此类巷道的支护难以靠传统的支护方式
取得效果，极大地制约了煤炭行业的快速发展，所以
增强对其的理论研究，探索适宜深部高应力软岩巷道
支护的方法有着极为重要的现实意义，是煤炭行业实
现长久可持续发展的必然需求。
参考文献：
［1］孟庆彬.深部高应力软岩巷道变形破坏机理及锚注支护技
术研究［D］.青岛：山东科技大学，2011.
［2］刘新杰.高应力软岩大断面巷道支护技术研究与应用［J］.能
源技术与管理，2013(4)：73-74.
（责任编辑：刘倩倩）
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