难维护巷道围岩变形控制技术

难维护巷道围岩稳定控制 技术及工程应用

主要内容：

1.概述 2.难维护巷道的类型 3.围岩应力转移的控制原理与技术 4.巷道围岩注将加固原理与技术 5.总结及工程实例

第1部分

概述

1.1 岩巷难维护的原因

围岩松软破碎：单轴抗压强度<10~20MPa深井(自重应力) 高应力 采动应力(原岩应力的3~10倍) 构造应力

松软破碎+高应力

1.2 难维护岩巷的变形破坏特点 该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范

围很大，蠕变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达1.0~2.0m。巷道在服务期间需要进行不断的 维护与返修，特别是它们的两类或三类的复合型， 问题更为突出。 破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，

总是从某一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。

破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度

各不相同，总是从剧烈变形的部位发生裂纹， 鳞状剥落，变形破坏区域逐渐扩大，最终导 致整个支护系统的失稳

第2部分

难维护巷道的类型

主要内容：

2.1 难维护巷道分类

2.2 动压巷道2.3 软岩巷道

2.4 深井巷道

2.1 难维护巷道的类型

第一类，围岩软弱型，即软岩巷道 第二类，采动影响型，即动压巷道

第三类，深井高应力型，即深井巷道 第四类，上述三类巷道的复合型

2.2 动压巷道 煤层开采引起的采动应力通

常在原岩应力的3~10倍左右,将造成回采巷道、受跨采 影响等巷道的严重破坏。

2.3 软岩巷道

是指在工程力作用下能产生显

著显著的塑性变形和非连续变形的巷道。

软岩的概念 地质软岩：单轴抗压强度在0.5~25 MPa的松散、破碎、软弱及

风化膨胀性一类岩体的总称。 工程软岩：在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体 。

工程岩体是软岩工程研究的主要对象，包括岩块、结构面及其 空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，可 以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀 应力等。显著塑性变形以塑性变形为主的变形量超过了工程设 计的允许变形值并影响了工程的正常使用。包括显著的弹性变

形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性变形等。

2.4 深井巷道

根据我国煤矿的巷道支护技

术水平和地质条件，一般将

800m作为深部开采的标准,部分软岩矿井的深部开采 标准可定为600m或更浅。

深井软岩成为重点

我国国有大中型煤矿开采深度每年约以10~12 m的速度向

深部增加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。 由于开采深度的加大，岩体应力急剧增加

,地温升高，当

岩体应力达到甚至超过岩体强度时，有关岩体力学科学与工程的若干问题由量变逐渐发生质的变化，造成深部开采 的极端困难，并引发矿井重大安全事故危险性增加，严重 威胁矿井的安全生产。

我国是世界产煤大国。我国煤炭储量大部分埋藏在深部

,埋深大于600 m 和1000 m 的储量分别占到73.19 % 和 53.17 %。 我国人口众多，用煤量大，不可能关闭深部矿井而依靠

进口煤炭。因此，无论从战略高度还是从当前生产实际 出发，都迫切需要积极开展深部开采中的基础理论研究 ，以求在新理论的指导下，使实用技术有新的突破和发

展，使矿井深部开采走上安全、高产高效的健康轨道。

高应力巷道特点

矿井高应力巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎

区范围很大，蠕变严重，岩石峰后状态和性质、长

时强度发生变化等特点。这些特点造成巷道维护困难、维护费用高，影响生产等一系列问题。

第3部分

围岩应力转移的控制原 理与技术

主要内容：

3.1 研究理论基础 3.2 上行开采的应力转移原理及技术

3.3 底板松动爆破应力转移与注浆加固技术3.4 顶、底板掘巷及松动爆破围岩应力转移

原理及技术

3.5巷道迎头超前钻孔应力转移原理与技术 3.6 其他相关的应力转移原理及技术

研究巷道围岩应力转移 对于高应力巷道来说，相对降低围岩应力

以达到保护巷道，是控制巷道围岩变形的

一条有效途径。 因此，从控制应力的角度提出“巷道围岩

应力转移理论与技术”的研究问题

3.1 研究理论基础 煤层采动引起回采空间周围岩层应力重新分布，而且将 该应力向底板岩层深部传递。可将煤层底板的岩层视为一 个半无限体。 半平面体弹性问题是研究半无限平面体在边界上受切向 或法向分布力或集中力(力偶)作用时的平面弹性问题。 应用格林函数，先通过边界归化将双调和方程边值问题 转化为一个只与边界面力有关的边界积分方程，再根据已 知的面力条件通过具体积分可以直接得到半平面体各种弹 性问题的解析解。徐芝纶 第三版 第四章第九节

(1)半平面问题应力函数边界积分公式研究得到上半平面重调和方程的Poisson积分公式： ( x, y ) 1

1

2y3 ( x )dx ) 2 y 2 ] 2 0 [( x x

y2 ( x )dx 2 2 n ( x x ) y

研究区域内各点的应力为：

x

2 y 2

2 y 2 xy x y x2

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