礦山壓力與巖層控制期末考試復(fù)習(xí)資料

1、礦山壓力與巖層控制礦山壓力：由于礦山開采活動的影響，在巷硐周圍巖體中形成的和作用在巷硐支護(hù)物上的力。礦山壓力顯現(xiàn)：由于礦山壓力作用，使巷硐周圍巖體和支護(hù)物產(chǎn)生的種種力學(xué)現(xiàn)象。礦山壓力控制：所有減輕 、調(diào)節(jié)、 改變和利用礦山壓力作用的各種方法。礦山壓力與巖層控制的研究方法：理論研究，實驗室研究，現(xiàn)場監(jiān)測。表征巖石的變形指標(biāo)一般有泊松比、彈性模量和體積變形量。材料發(fā)生破壞除了取決于該點的剪應(yīng)力，還與該點的正應(yīng)力有關(guān)。巖石變形分為彈性變形、塑性變形和粘性變形。原巖應(yīng)力：存在于地層中未受工程擾動的天然應(yīng)力。原巖應(yīng)力場：天然存在于原巖內(nèi)而與人為因素?zé)o關(guān)的應(yīng)力場。原巖應(yīng)力組成 自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力。由地心引

2、力引起的應(yīng)力場稱為自重應(yīng)力場；由于地質(zhì)構(gòu)造運動而引起的應(yīng)力場稱為構(gòu)造應(yīng)力場 。構(gòu)造應(yīng)力由地殼構(gòu)造運動在巖體中引起的應(yīng)力，分為現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造殘余應(yīng)力。 構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主，具有明顯的區(qū)域性和方向性。構(gòu)造應(yīng)力特點： 1）分布不均，在構(gòu)造區(qū)域附近最大； 2）水平應(yīng)力為主，淺部尤為明顯； 3）具有明顯的方向性，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力相差較大； 4）堅硬巖層中明顯，軟巖中不明顯；原巖應(yīng)力分布基本規(guī)律：（1）實測鉛直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量；（2）水平應(yīng)力普遍大于鉛直應(yīng)力；（3）平均水平應(yīng)力與鉛直應(yīng)力比值隨深度增加而減小；（4）最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力一般相差較大。巖體受外力作用而產(chǎn)生彈性變形時，在

3、巖體內(nèi)部所儲存的能量，稱為彈性應(yīng)變能。在巖體內(nèi)開掘巷道后，巷道圍巖必然出現(xiàn)應(yīng)力重新分布，一般將巷道兩側(cè)改變后的切向增高部分稱為支承壓力。 在煤層或礦床開采的過程中，一般把直接進(jìn)行采煤或采有用礦物的工作空間稱為回采工作面或采場。賦存在煤層之上的巖層稱為上覆巖層，在煤層之下的巖層稱為底板。偽 頂位于煤層之上，薄而軟弱的巖層；位于煤層之上隨采隨冒落的極不穩(wěn)定巖層，其厚度一般在0.5m以下，巖性多為炭質(zhì)頁巖。直接頂位于煤層或偽頂之上一層或幾層性質(zhì)相近巖層；老頂位于直接頂或煤層之上厚而堅硬的巖層（基本頂）；采空區(qū)的處理方法：刀柱法，頂板緩慢下沉法，全部或局部充填法，全部垮落法。礦山壓力假說： 一、壓力拱

4、假說 二、懸臂梁假說 三、 鉸接巖塊假說 四、預(yù)成裂隙假說 回采空間周圍存在三個區(qū)：即應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)和采動影響區(qū)，且隨著采面推進(jìn)而前進(jìn)。三個理論： 砌體梁理論、傳遞巖梁理論、關(guān)鍵層理論直接頂?shù)牡谝淮未竺娣e垮落稱為直接定的初次垮落。直接頂初次垮落的標(biāo)志是：直接頂垮落高度超過11.5m，范圍超過全工作面長度的一半。 初次垮落距的大小由直接頂巖層的強(qiáng)度、分層厚度、直接頂內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度所決定，它是直接頂穩(wěn)定性的一個綜合指標(biāo)。當(dāng)直接頂厚度小于或等于老頂厚度時，均易于形成這種離層。（直接頂與老頂間的離層）充滿采空區(qū)所需直接頂厚度： Kp 碎脹系數(shù)、 M煤層厚度。老頂?shù)臄嗔研问椒譃椋阂?、老頂?shù)?/p>

5、梁式斷裂 二、老頂?shù)陌迤茢啵∣-X破壞）老頂失穩(wěn)分為：一、結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn) 二、結(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)。直接頂?shù)某醮慰缏洳骄啵夯夭晒ぷ髅鎻拈_切眼開始向前推進(jìn)，到直接頂?shù)谝淮慰缏鋾r的推進(jìn)距離。老頂和直接頂?shù)年P(guān)系不一樣，形成的離層現(xiàn)象也不一樣。老頂達(dá)到初次斷裂時的跨距稱為初次斷裂步距。彎矩形成的極限跨距比剪切力形成的極限跨距小；簡支梁的抗彎極限跨距比固支梁的小；老頂初次斷裂支架支撐四種形式：四邊固支，一簡三固，兩簡兩固，三簡一固。邊長系數(shù)：主要由采空區(qū)幾何形狀系數(shù)和邊界約束條件決定，它反映了工作面長度和開采邊界對斷裂步距的影響，故稱為邊長系數(shù)。老頂初次斷裂步距是由反映其自身穩(wěn)定性的步距準(zhǔn)數(shù)和反映開采邊界條件

6、與工作面長影響的“邊長”系數(shù)這兩個要素構(gòu)成的。髙長比越小，結(jié)構(gòu)抗滑落失穩(wěn)的能力越大。老頂斷裂后在一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了“反彈”現(xiàn)象，而在另一些區(qū)域則出現(xiàn)了“壓縮”現(xiàn)象。根據(jù)對巖體結(jié)構(gòu)分析所得的結(jié)論，可對以下礦山壓力現(xiàn)象做出解釋： (1) 老頂巖塊的滑落失穩(wěn)是工作面頂板出現(xiàn)臺階以及有時地表下沉出現(xiàn)臺階的原因；(2) 煤壁上方老頂剪切力最大是工作面頂板沿煤壁切落的原因；(3) 上覆巖層結(jié)構(gòu)的存在是支架受力小于覆蓋層重量的原因，并由此可以分析工作面支架工作阻力必須平衡的頂板壓力大?。?4) 采高小、直接頂較厚和采用充填法處理采空區(qū)是工作面頂板壓力比較小的原因；(5) 工作面形成的支承壓力主要集中于前拱腳的

7、原因。回采工作面常見的礦山壓力現(xiàn)象： 一、頂板下沉，二、頂板下沉速度，三、支柱變形與折損，四、頂板破碎情況，五、局部冒頂，六、大面積冒頂。老頂?shù)某醮蝸韷海豪享攷r層初次破斷后，老頂破斷巖塊回轉(zhuǎn)下沉引起工作面頂板急劇下沉、支架受力普遍加大、煤壁片幫的現(xiàn)象。老頂?shù)某醮蝸韷翰骄啵河砷_切眼到初次來壓時工作面推進(jìn)的距離。動壓系數(shù)：支架來壓時載荷與平時載荷之比。 老頂?shù)某醮蝸韷翰骄嗯c來壓強(qiáng)度，與老頂巖層的力學(xué)性質(zhì)、厚度、破斷巖塊之間相互咬合的條件有關(guān)，與地質(zhì)構(gòu)造的因素有關(guān)。 老頂初次來壓步距越大，工作面來壓顯現(xiàn)越劇烈，相應(yīng)的動壓系數(shù)（支架來壓時載荷與平時載荷之比。）也越大。 老頂巖層的周期性破斷而引起“砌體

8、梁”結(jié)構(gòu)的周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱為采場周期來壓。周期來壓的主要表現(xiàn)形式是：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱載荷普遍增加；有時還可能引起煤壁片幫、頂板臺階下沉、支柱折損，甚至工作面冒頂事故。來壓的大小還與采空區(qū)冒落矸石充滿采空區(qū)的程度直接相關(guān)。充填越嚴(yán)實，來壓越小。預(yù)防老頂來壓造成的事故的措施：1、判斷老頂來壓預(yù)兆；2、加強(qiáng)支護(hù)；3、保證支架規(guī)格質(zhì)量；4、保證支架密度及支架穩(wěn)定性。老頂來壓與平時壓力強(qiáng)度的比值稱為增載系數(shù)。頂板壓力相當(dāng)于采高48倍巖柱的重量 。影響采場礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素主要是：采高、采深、傾角和推進(jìn)速度。工作面開采后上覆巖層的移動曲線是按照負(fù)指數(shù)函數(shù)的關(guān)

9、系變化的。回采工作面的頂板下沉量與采高、控頂距的大小成正比關(guān)系。下分層的礦壓顯現(xiàn)與上分層相比有以下特點：1老頂來壓步距小，強(qiáng)度低；2支架載荷?。?頂板下沉量大。直接頂?shù)耐暾潭戎苯佑绊懝ぷ髅姘踩椭ёo(hù)方式的選擇。影響直接頂完整性的兩個因素：1、 力學(xué)性質(zhì)：（抗拉、抗壓強(qiáng)度，彈模等）2、 巖層內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育情況：（原生裂隙、構(gòu)造裂隙、壓裂裂隙。） 一般可將各種節(jié)理裂隙分為以下三類：原生裂隙：指巖層在形成過程中受溫度、沉積作用等影響形成的弱面。構(gòu)造裂隙：指巖層形成后，經(jīng)劇烈的地質(zhì)變動形成的弱面。壓裂裂隙：在煤層開采時引起的破壞面。直接頂三種穩(wěn)定性狀態(tài)：1、破碎的頂板 2、中等穩(wěn)定頂板 3、完整頂

10、板直接頂初次垮落距L大于等于1620的頂板稱為穩(wěn)定頂板，L小于等于8的頂板稱為不穩(wěn)定頂板，L=915之間的頂板稱為中等穩(wěn)定頂板。端面破碎度：支架前梁端部到煤壁間頂板破碎的程度。老頂?shù)姆诸悾喊粗苯禹敽穸扰c采高比值 N=h/m，并參照老頂初次來壓步距L，將老頂分為4級。一級 N5, 來壓不明顯二級 2N5, 來壓明顯三級 N2 來壓強(qiáng)烈四級老頂堅硬，無直接頂，。老頂?shù)氖Х€(wěn)不僅取決于N的指標(biāo)，還與老頂?shù)墓?jié)理裂隙發(fā)育程度及其在巖層中的分布有關(guān)，以及與老頂?shù)暮穸群秃闆r有關(guān)。直接頂分為以下四類：1、不穩(wěn)定頂板 2、中等穩(wěn)定頂板 3、穩(wěn)定頂板 4、非常穩(wěn)定頂板底板比壓（底板荷載集度）：支架底座對單位面積

11、底板上所造成的壓力。支柱鉆底的破壞形式有以下四種：整體剪切，局部剪切，其它剪切，穿鞋破壞。底板五類分類：極軟、松軟、較軟、中硬、堅硬底板。工作阻力支柱受頂板壓力作用而反應(yīng)出來的力稱為支柱的阻力，也叫工作阻力。支柱上工作阻力：P0 初撐力P0 始動阻力P1 初工作阻力P2 額定工作阻力或最大工作阻力。 增阻特性：急增阻式、微增阻式、恒阻式。采面支架圍巖相互作用的特點：1支架圍巖是相互作用的一對力。2支架受力大小及其在回采工作面分布的規(guī)律與支架性能有關(guān)。還與支架與圍巖支撐系統(tǒng)的總體特性有關(guān)。3支架結(jié)構(gòu)及尺寸不同對頂板壓力影響和維護(hù)效果不同。支架的剛度相對直接頂越小，則支架的變形量越大。支架的受力狀

12、況、工作狀態(tài)及頂板下沉量決定支架與直接頂剛度的相對大小。支架的工作狀態(tài)是處于“給定變形”狀態(tài)還是處于“給定載荷”狀態(tài)，是由直接頂剛度和支架剛度的相對變化決定的。三量：頂板下沉量、活柱下縮量、支架載荷量。支架與圍巖體系的剛度K由直接頂、支架和頂板的剛度共同決定： 巖層移動造成損害的表現(xiàn)：(1)形成礦山壓力顯現(xiàn)， 需對采場圍巖進(jìn)行支護(hù)。(2) 巖層移動形成采動裂隙，會引起周圍巖體中的水與瓦斯的運移，需對此進(jìn)行控制與利用。(3) 巖層移動發(fā)展到地表引起地表沉陷，導(dǎo)致農(nóng)田、建筑設(shè)施的毀壞，需要對地表沉陷進(jìn)行預(yù)測與控制。綠色開采內(nèi)容：1、水資源保護(hù)形成“保水開采”技術(shù)，2、土地與建筑物保護(hù)形成離層注漿、

13、充填和條帶開采技術(shù) 3、瓦斯抽放形成“煤與瓦斯共采”技術(shù) 4、煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少矸石排放技術(shù) 5、地下氣化技術(shù)。將對巖體活動全部或局部起控制作用的巖層稱為關(guān)鍵層。前者稱為巖層活動的主關(guān)鍵層，后者稱為亞關(guān)鍵層。采動巖體中的關(guān)鍵層有如下特征：(1) 幾何特征：相對其他相同巖性的巖層厚度較厚。(2) 巖性特性：相對其他巖層較為堅硬，即彈性模量較大，強(qiáng)度較高。(3) 變形特征：在關(guān)鍵層下沉變形時，其上部全部或局部巖層的下沉量是同步協(xié)調(diào)的。(4) 破斷特征：關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致全部或局部巖層的破斷，引起較大范圍內(nèi)的巖層移動。(5) 支承特征：關(guān)鍵層破壞前以“板”(或簡化為梁)結(jié)構(gòu)作為全部巖層或局部巖層

14、的承載主體，斷裂后則成為砌體梁結(jié)構(gòu)，繼續(xù)成為承載主體。當(dāng)兩層硬巖層相距較近時，往往出現(xiàn)承載能力顯著增強(qiáng)（即硬巖層破斷距增大）現(xiàn)象，稱之為復(fù)合效應(yīng)。 當(dāng)關(guān)鍵層出現(xiàn)同步破斷的現(xiàn)象稱為關(guān)鍵層復(fù)合破斷。巖層移動：煤層采出后，采空區(qū)周圍原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，引起壓力的重新分布，從而引起巖層的變形、破壞與移動，并且由下向上發(fā)展至地表引起地表的移動，這一過程稱為巖層移動或開采沉陷。當(dāng)采空區(qū)尺寸相當(dāng)大時，地表最大下沉值達(dá)到該地質(zhì)條件下應(yīng)有的最大值，此時稱為充分采動。 剛達(dá)到充分采動狀態(tài)的采空區(qū)尺寸稱為臨界開采尺寸。 采空區(qū)尺寸小于臨界開采尺寸為非充分采動。地表變形分為：傾斜變形、曲率變形、水平變形。地表

15、下沉邊界和采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角，稱為巖層移動角。巖層與地表移動會導(dǎo)致其產(chǎn)生沿豎直方向和水平方向的位移，前者稱為下沉，后者稱為水平移動。巖層移動在豎直方向上分為三帶：垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。在水平方向上分為三區(qū)：即 A煤壁支撐影響區(qū)；B離層區(qū)；C重新壓實區(qū)。巖層移動與巖性和煤層的采高有關(guān)。巖層移動曲線符合負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系曲線。煤層開采后上覆巖層中形成的兩類裂隙：1、離層裂隙、2、豎向破斷裂隙。巖層移動中的離層與裂隙分布規(guī)律：(1) 關(guān)鍵層運動對離層及裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展與時空分布起控制作用。覆巖離層主要出現(xiàn)在關(guān)鍵層下。(2) 沿工作面推進(jìn)方向，關(guān)鍵層下離層動態(tài)分布呈現(xiàn)兩階段發(fā)展

16、規(guī)律：關(guān)鍵層初次破斷前，最大離層位于采空區(qū)中部。關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層在采空區(qū)中部趨于壓實，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個離層區(qū),其最大寬度及高度僅為關(guān)鍵層初次破斷前的1/3左右.(3) 沿頂板高度方向，隨工作面推進(jìn)離層呈跳躍式由下往上發(fā)展。(4) 貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌入工作面的通道，故也稱其為“導(dǎo)水、導(dǎo)氣”裂隙。(5) 覆巖主關(guān)鍵層位置影響頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?。將底板采動破壞帶以下及含水層以上承載能力最大的一層巖層稱為地板關(guān)鍵層。 底板關(guān)鍵層上的載荷分為正向載荷和負(fù)向載荷。正向載荷：關(guān)鍵層的自重及關(guān)鍵層以上和覆巖垮落巖層的自重。負(fù)向載荷：承壓水的水壓。巖層移動控制技術(shù)可分為：1留煤柱控制

17、巖層移動，2充填開采控制巖層移動，3調(diào)整開采工藝及參數(shù)控制巖層移動。在塑性區(qū)內(nèi)圈（A）圍巖強(qiáng)度明顯削弱，低于原始應(yīng)力H，圍巖發(fā)生破裂和位移稱為破裂區(qū)，也叫卸載和應(yīng)力降低區(qū)。塑性區(qū)外圈（B）的應(yīng)力高于原始應(yīng)力，它與彈性區(qū)內(nèi)應(yīng)力增高部分均為承載區(qū)，也稱應(yīng)力增高區(qū)。再向圍巖深部即為處于穩(wěn)定狀態(tài)的原始應(yīng)力區(qū)。 巷道的穩(wěn)定性和周邊位移主要取決于巖層原巖應(yīng)力、反映巖石強(qiáng)度性質(zhì)的內(nèi)摩擦角和黏聚力等。它們之間的關(guān)系為：1、 巷道的周邊位移隨巷道所在位置原巖應(yīng)力的增大，呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系迅速增長，指數(shù)的大小取決于內(nèi)摩擦角的變化，值越大，指數(shù)越大，U值增長越迅速。2、 巷道的塑性區(qū)半徑R與周邊位移U隨內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角

18、和粘聚力的減小顯著增大。 工作面前方形成超前支承壓力，它隨著工作面推進(jìn)而向前移動，稱為移動性支承壓力或臨時支承壓力。應(yīng)力增高系數(shù)K是支承壓力峰值與原巖鉛直應(yīng)力的比值。底板巖層內(nèi)任一點的應(yīng)力，主要取決于上部煤柱的載荷、該點與煤柱的垂直距離及該點與煤柱邊緣或中心線的水平距離。巖柱的穩(wěn)定性主要取決于巖柱的載荷和巖柱強(qiáng)度。當(dāng)巖柱的寬高比大于5時，巖柱強(qiáng)度將隨寬高比的增加而增大，當(dāng)寬高比大于10時，一般情況下巖柱不易破壞。構(gòu)造應(yīng)力的基本特點是以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性和區(qū)域性。水平應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性的影響：水平應(yīng)力是影響巷道頂板冒落、底板鼓起、兩幫內(nèi)擠的主要因素。合理的巷道布置方向：巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)

19、力方向平行時，構(gòu)造應(yīng)力對巷道的穩(wěn)定性影響最小，垂直時影響最大。（小于2530無影響）巷道圍巖變形規(guī)律：1巷道掘進(jìn)影響階段，2無采掘影響階段，3采動影響階段，4采動影響穩(wěn)定階段，5二次采動影響階段與回采空間在同一層面的巷道稱為本煤層巷道與回采空間不在同一層面，其下方的巷道稱為底板巷道。位于回采空間所在層面上方的巷道稱為頂板巷道 。區(qū)段巷道可分成三種布置方式。（1） 位于未經(jīng)采動的煤體內(nèi)，巷道兩側(cè)均為煤體，稱為煤體-煤體巷道（2） 巷道一側(cè)為煤體，另一側(cè)為保護(hù)煤柱，保護(hù)煤柱一側(cè)的采面采動影響已穩(wěn)定后，掘進(jìn)的巷道稱為煤體-煤柱巷道（采動穩(wěn)定）；與保護(hù)煤柱一側(cè)的采面區(qū)段巷道同時掘出，保護(hù)煤柱一側(cè)的采面

20、回采過程中，掘進(jìn)的巷道稱為煤體-煤柱巷道（正采動）（3）巷道一側(cè)為煤體，另一側(cè)為采空區(qū),采空區(qū)一側(cè)采動影響已經(jīng)穩(wěn)定后，沿采空區(qū)邊緣掘進(jìn)的巷道稱為煤體-無煤柱（沿空掘進(jìn)）巷道；如果通過加強(qiáng)支護(hù)或采用其它有效方法，將相鄰區(qū)段巷道保留下來，供本區(qū)段工作面回采時使用的巷道，稱為煤體-無煤柱（沿空保留）巷道。各時期圍巖變形量大小，主要取決于護(hù)巷煤柱的寬度、巷道與上部開采空間的距離及圍巖的性質(zhì)。按照巷道與上部煤層回采空間的相對位置和開采時間關(guān)系，巷道的位置可歸納以下三種情況： 巷道布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下部。在上部煤層回采空間形成的底板應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，巷道整個服務(wù)期間內(nèi)不受采動影響 巷道布置在保護(hù)煤柱下部。經(jīng)

21、歷保護(hù)煤柱兩側(cè)回采工作面的超前采動。保護(hù)煤柱形成后，一直受保護(hù)煤柱支承壓力的影響。 巷道布置在尚未開采的工作面下部。經(jīng)歷上部采面的跨采影響后，位于已穩(wěn)定的采空區(qū)下部應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。巷道圍巖變形與Z、U值的關(guān)系：巷道圍巖變形量U(mm)與巷道至上部煤層的垂距Z(mm)之間呈冪函數(shù)關(guān)系。在煤體與采空區(qū)地區(qū)，采動引起的底板巖層應(yīng)力分為以下區(qū)域：原巖應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、剪切滑移區(qū)、卸壓區(qū)、應(yīng)力恢復(fù)區(qū)和拉伸破裂區(qū)。巷道的穩(wěn)定性指數(shù)：巷道開掘前所處位置的最大主應(yīng)力與巷道圍巖巖石單向抗壓強(qiáng)度的比值。圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)物上的擠壓力或塌落巖石的重力，統(tǒng)稱為圍巖壓力。降低巷道圍巖應(yīng)力、提高圍巖穩(wěn)定性以及合

22、理選擇支護(hù)是巷道圍巖控制的基本途徑。巷道圍巖控制手段的實質(zhì)是：如何利用煤層開采引起采場周圍巖體應(yīng)力從新分布的規(guī)律，正確選擇巷道布置和護(hù)巷方法，使巷道位于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，從而減輕或避免回采引起的支承壓力強(qiáng)烈影響，控制圍巖壓力。根據(jù)圍巖壓力的成因，可分為以下四種類型：（1）松動圍巖壓力 （2）變形圍巖壓力 （3）膨脹圍巖壓力 （4）沖擊和撞擊圍巖壓力影響圍巖壓力的基本因素分為：開采技術(shù)因素和地質(zhì)因素。巷道圍巖控制原理：人們根據(jù)巷道圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度以及它們之間相互關(guān)系，選擇合適的巷道布置和保護(hù)及支護(hù)方式。降低圍巖應(yīng)力，增加圍巖強(qiáng)度，改善圍巖受力條件和賦存環(huán)境，有效地控制圍巖的變形、破壞。巷道圍巖控制

23、方法為：巷道布置和巷道保護(hù)及支護(hù)兩方面內(nèi)容。分類指標(biāo)：屬于圍巖強(qiáng)度方面巷道頂板巖石、煤層、底板巖石單向抗壓強(qiáng)度，圍巖巖體完整性指數(shù)。 屬于圍巖應(yīng)力方面 巷道埋深，本區(qū)段采動影響指標(biāo)，相鄰區(qū)段采動影響指標(biāo)。 巷道圍巖穩(wěn)定分類：非常穩(wěn)定、穩(wěn)定、中等穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定。護(hù)巷煤柱上的載荷：是由煤柱上覆巖層重量及煤柱一側(cè)或兩側(cè)采空區(qū)懸露巖層轉(zhuǎn)移到煤柱上的部分重量所引起的。兩側(cè)均已采空的煤柱，其應(yīng)力分布狀態(tài)主要取決于回采引起的支承壓力影響距離L及煤柱寬度B，煤柱的寬度是影響煤柱的穩(wěn)定性和巷道維護(hù)的主要因素。沿空掘巷的三種方式：1、完全沿空掘巷、2、留小煤墻沿空掘巷（我國用得最多）3、保留部分老巷斷面沿

24、空掘巷方式。 煤層開采沿傾斜方向支承壓力帶形成后，隨著遠(yuǎn)離采面和時間的延續(xù)，會逐漸趨向緩和與均化，最終成為穩(wěn)壓的殘余支撐應(yīng)力。沿空留巷的頂板下沉規(guī)律，注意三區(qū)：1、 采面前20-40m出煤層上覆巖層開始運動，但下沉速度很小，為巖層起始沉降期。2、 煤層開采后，垮落帶巖層冒落，規(guī)則移動帶巖層及上覆巖層急劇沉降，在工作面后方10-20m出下沉速度最大。在工作面后方0-60m范圍內(nèi)下沉量占最終的80，稱為巖層劇烈沉降期。3、 在工作面后方約60m以外，規(guī)則移動帶級上覆巖層沉降速度逐漸衰減，在工作面后方100m出，巖層基本穩(wěn)定。這個時期巖層下沉量占最終的15，稱為巖層沉降衰減期。 巷旁支護(hù)：是指巷道斷

25、面范圍以外，與采區(qū)交界處架設(shè)的一些特殊類型的支架或人工構(gòu)筑物。作用主要有：控制直接頂?shù)碾x層和及時切斷直接頂板，使垮落矸石在采空區(qū)內(nèi)充填支撐老頂，減少上覆巖層的彎曲下沉。減少巷內(nèi)支護(hù)所承受的載荷，保持巷道圍巖穩(wěn)定。巷旁支護(hù)主要有：木垛支護(hù)、密集支柱支護(hù)、矸石帶支護(hù)、混凝土砌塊支護(hù)等方式。它們的主要缺點是：增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多和機(jī)械化程度不高 。巷道的卸壓方式：一、跨巷回采進(jìn)行巷道卸壓，（橫跨和縱跨）。二、巷道圍巖開槽卸壓及松動卸壓（開槽卸壓、鉆孔卸壓、爆破卸壓）。三、利用卸壓巷硐進(jìn)行巷道卸壓（在巷道一側(cè)布置卸壓巷硐、在巷道頂部布置泄壓巷硐、寬面掘巷卸壓）支架圍巖相互作用

26、原理：巷道支架系統(tǒng)必須具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和一定的可縮性，合理的“支架-圍巖”相互作用關(guān)系是充分利用圍巖天然的自承力和承載力。“支架-圍巖”相互作用原理的應(yīng)用：（1） 實行二次支護(hù)（2） 采用柔性支護(hù)（3） 強(qiáng)調(diào)主動支護(hù)。金屬支架的承載能力分極限承載能力和實際承載能力。錨桿指錨固在巖體內(nèi)維護(hù)圍巖穩(wěn)定的桿狀結(jié)構(gòu)物。錨桿的分類：最基本的分類方法是按錨桿的錨固方式劃分為： 1機(jī)械錨固式錨桿 包括脹殼式錨桿、倒楔式錨桿、楔縫式錨桿。2粘結(jié)錨固式錨桿 包括樹脂錨桿、快硬水泥卷錨桿、水泥砂漿錨桿。3摩擦錨固式錨桿 包括縫管式錨桿、水脹式管狀錨桿等錨桿的錨固力：（1） 根據(jù)錨桿對圍巖的約束方式定義錨固力分：1、托

27、錨力 2、粘錨力 3、切向錨固力 （2） 根據(jù)錨桿的錨固作用階段定義錨固力分：1、初錨力 2、工作錨固力 3、殘余錨固力 錨桿支護(hù)理論：（1） 懸吊理論（2） 組合梁理論（3） 組合拱（壓縮拱）理論（4） 最大應(yīng)力理論水平（5） 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論軟巖分為：（1）地質(zhì)軟巖（2） 工程軟巖地質(zhì)軟巖：指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱巖層的總稱。工程軟巖：指在巷道工程里作用下，能產(chǎn)生顯著變形的工程巖體。軟巖的基本屬性：（1） 軟化臨界荷載（2） 軟化臨界深度軟巖分類：膨脹性軟巖、高應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖、復(fù)合型軟巖。軟巖的特點：大面積壓力

28、和難以支護(hù)。軟巖巷道常用支護(hù)形式：（1）錨噴網(wǎng)支護(hù)（2）可縮性金屬支架（3）弧板支護(hù)巷道底鼓的影響因素：（1）巖性狀態(tài)（2）圍巖應(yīng)力狀態(tài)（3）時間效應(yīng)（4）軟巖物化性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)的相互影響軟巖巷道底鼓的防治（1）起底（2）底板防治水（3）支護(hù)加固方法（4）應(yīng)力控制方法（5）聯(lián)合支護(hù)方法軟巖巷道圍巖變形的影響因素：（必考）1、 巖石本身的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度及膠結(jié)物的性能、膨脹性礦物的含量等（內(nèi)部因素）。2、 自重應(yīng)力、殘余構(gòu)造應(yīng)力、工程環(huán)境和施工的擾動應(yīng)力、和應(yīng)力疊加狀況（外部因素）。3、 膨脹性軟巖吸水會膨脹變得更軟弱，所以地下水和工程用水對膨脹巖危害很大。（水的影響）。4、 軟巖具有明顯的

29、流變特性，時間也是不可忽略的影響因素（時間的影響）。5、 對擾動的敏感是軟巖的特性之一，如臨近巷道施工、采面回采等（擾動的影響）。軟巖巷道圍巖變形規(guī)律：（必考）1、 軟巖巷道圍巖變形具有明顯的時間效益。2、 軟巖巷道多表現(xiàn)為環(huán)向受壓，且為非對稱性。3、 軟巖巷道圍巖圍巖變形隨埋深增加而增大，存在一個軟化臨界深度，超過臨界深度量急劇增加。4、 軟巖巷道圍巖圍巖變形在不同的應(yīng)力作用下具有明顯的方向性。軟巖支護(hù)設(shè)計的關(guān)鍵之一是：選擇變形能釋放時間和支護(hù)時間。巷道圍巖注漿加固機(jī)理：（1）提高巖體強(qiáng)度（2）形成承載結(jié)構(gòu)（3）改善圍巖賦存環(huán)境巷道支護(hù)原理：軟巖巷道支護(hù)時軟巖進(jìn)入塑性狀態(tài)不可避免，應(yīng)以達(dá)到其

30、最大塑性承載能力為最佳；同時其巨大的塑性能必須以某種形式釋放出來。巷道支架架后充填的作用：1 圍巖的載荷通過充填層使支架承受均布載荷。2 及時架后充填可起到封閉圍巖的作用。3 起到加固圍巖的作用。 4 及時抑制圍巖變形，改變支架被動承載狀況。5 圍巖釋放的變形能可部分地為充填層所吸收。巷道支架架后充填的必要性：1、 架后空間的存在使支護(hù)體在周邊上與巷道違巖呈不規(guī)律的點線接觸，圍巖變形時支架將受到不均勻的集中載荷的作用。2、 巷道掘出后如支架不能及時支撐圍巖，松動圈的范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，并隨著時間的延續(xù)而擴(kuò)大。軟巖巷道錨柱支護(hù)原理：軟巖巷道可錨性差是造成錨桿錨固力低和失效的重要原因。利用錨桿兼做注

31、漿管，實現(xiàn)錨注一體化。對于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體，注漿可以改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，封閉裂隙，顯著提高巖體強(qiáng)度。注漿加固為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)。 巷道底鼓得形狀可分為：折曲型、直線型和弧線型。頂煤的破壞機(jī)理：剪切破壞和拉伸破壞。頂煤累計位移量往往反映頂煤的破碎度和塊度，位移量大，說明頂煤破碎充分，破碎的塊度小，具有良好的流動性，易于放出；反之，頂煤破碎不充分。不同頂煤的移動特征：（1） 煤體的硬度不同，頂煤開始移動的位置不同。硬度低，累積位移量大，破碎充分。 （2）不同高度頂煤始動點的位置不同，無論是軟煤、中硬煤或是硬煤，頂煤位置越高，其始動點超前工作面距離越遠(yuǎn)，累計的位移量越大

32、。（3）在頂煤移動初期，以水平移動為主，隨著工作面推進(jìn)，垂直位移逐漸增大，在工作面支架上方垂直位移量超過水平位移量。頂煤的破壞過程描述與分區(qū)：1.原始狀態(tài)區(qū)2.壓縮變形區(qū) 3.拉剪破裂區(qū) 4.散體冒放區(qū)頂煤冒放性是指頂煤冒落與放出的難易程度。影響頂煤冒放性的因素：1. 煤體強(qiáng)度 2.煤體裂隙分布的影響 3.頂煤厚度 4.夾矸影響軟煤層的變形、破碎是由眾多微裂隙和不致密的煤塊共同完成的，所以，軟煤位移量大，破碎的塊度小且均勻。直接頂?shù)某休d具有區(qū)域性，由煤壁向采空區(qū)方向分為弱承載區(qū)、承載區(qū)和非承載區(qū)，直接頂越軟，區(qū)域性越明顯。綜放面的支承壓力分布規(guī)律是：與單一煤層開采相比，在頂板以及煤層條件、力學(xué)

33、性質(zhì)相同情況下，綜放開采的支承壓力分布范圍大，峰值點前移。實測資料表明：工作面支架載荷不大，說明離工作面不遠(yuǎn)的高處就形成平衡結(jié)構(gòu)。支架前柱的工作阻力大于后柱工作阻力。 綜放面支承壓力的分布同時受到煤層的強(qiáng)度、煤層厚度等影響。煤層越軟，支承壓力分布范圍越大，峰值點距煤壁越近。基載比：巖層與載荷層厚度之比。淺埋煤層可以采用以下指標(biāo)判定：埋深不超過150m，基載比（基巖與載荷厚度之比）Jz小于1，頂板體現(xiàn)單一主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)特征，來壓具有明顯的動載現(xiàn)象。淺埋煤層中具有：短砌體梁和臺階巖梁兩種結(jié)構(gòu)形態(tài)。 采過程中，在高應(yīng)力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動以及氣浪等明顯的動力效應(yīng)。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動壓現(xiàn)象。動壓現(xiàn)象的三種形式：即沖擊礦壓、頂板大面積來壓和煤與瓦斯突出。 沖擊礦壓：是煤巖體振動和煤巖體破壞，支架與設(shè)備損壞，人員傷亡，部分巷道垮落破壞 ，還會引發(fā)或可能引發(fā)其它礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時造成地面震動和建筑物破壞等沖擊礦壓的特點：（1）突發(fā)