巷道围岩变形观测记录
巷道围岩变形观测记录轨道下山延伸
27#层二区段运输顺槽
轨道联络巷
巷道围岩变形观测记录
巷道围岩变形观测记录
内容摘要“三高一时效”是深部巷道工程重要特点,它严重影响巷道围岩的力学响应。高地温是其中一个非常重要特点, 温度的变化会影响到岩体的性质[ 1] 。在温度作用下岩体内部可能出现促使应变产生或发展的各种热效应, 以及能引起岩石相变的应力张弛。一般来说, 随着温度的增高, 岩石的延性加大, 屈服点降低, 强度也降低, 从而影响巷道围岩的稳定性[ 2] 。温度场对深部巷道围岩应力产生重要影响, 同样温度的作用必将影响巷道围岩的流变特性[4]。 岩体温度是热害矿户的最大热源之一在满足工程计算精度要求的前提下, 简便地计算出井巷围岩中任意空间点的温度分布随通风时间变化的规街, 是矿井风温预测计算的基础理论问题。 国内外学者对深井巷道围岩地温场的温度分布规律曾进行过大量的研究〔’一4 〕, 归纳起来说, 对地温场的分析有三大类方法: (l) 通过地质钻孔测温法了解地温场; (2) 建立理想化的数学模型, 借助电子计算机进行地温场的数值模拟分析; (3) 建立理想化的数学模型, 从数学分析出发, 求解地温场温度分布控制微分方程的解析式。由于描述地温场分布的控制微分方程求解困难, 随着计算机技术的飞速发展, 人们便借助计算机来求其数值解, 并在矿山地热学中取得了一定的成果印随着我国煤矿开采深度的不断增加, 其高温环境引起的热害问题越来越受到国内外学者和工程技术人员的关注, 深井巷道岩体温度是热害矿井的最大热源。巷道围岩的温度场分布研究是基础问题之一, 本文基于地质学和热力学理论, 给出巷道围岩温度场受不同的风流冷却时间的无因次解析式, 并导出调热圈外半径的近似计算式, 针对淮南矿区深部开采的高地温(42 ℃左右),采用有限元软件ANSYS9 .0 对深井巷道围岩的温度分布进行了数值模拟分析。 巷道围岩温度场分部 ( 1) 无渗流状态下, 温度场和温度矢量呈对称分 布, 风流速度对温度分布有明显的影响, 但不改变其 对称分布的状态。 ( 2) 渗流所伴随的热迁移现象改变了温度场和 温度矢量原有的对称分布的状态, 热交换平衡区随 着渗流速度的增加, 将向顺渗流的方向移动, 平衡区 的范围也随之扩大。 气流对温度分布的影响
监控量测管理办法 为规范隧道施工监控量测过程监理，实时掌握监控量测情况，及时督促施工单位做好预警信息的处理，确保隧道的施工安全。根据《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121-2007)、《中国铁路总公司工程管理中心关于开展铁路隧道监控量测信息系统推广应用的通知》（工管办函〔2014〕98号）、《滇南铁路有限责任公司隧道施工监控量测管理实施办法》（滇南安质〔2016〕29号）等规定，特制定《隧道施工监控量测监理管理实施办法》，请各监理组认真执行。 一、监控量测监理工作要求 1.现场专业监理工程师应督促施工单位将隧道监控量测作为关键工序纳入现场管理，认真组织实施。 2.要求施工单位在开工前根据隧道规模、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等，建立系统完善的监控量测体系，编制监控量测方案。 3.检查施工单位监控量测人员、仪器设备配置情况，是否满足要求。 4.根据《关于铁路高风险隧道安全管理工作的实施意见》（工管质[2011]36号）文件要求，高风险隧道监控量测实施旁站制度。本标段高风险隧道包括：月牙田隧道、甘庄隧道、杨武隧道、峨嘎山隧道。 5.现场专业监理工程师对监控量测实施过程加强监督检查，并作好检查记录，必要时进行复测。对监控量测实施存在问题，及时下发书面通知限期整改。 6.督促施工单位及时上传监控量测数据，实现监控量测数据采集、传输分析、预警发布与处理全过程信息化管理。现场专业监理必须对每日监控量测数据按要求签字确认。 7.现场专业监理巡视工地时必须随身携带三日内监控量测数据（可以是复印件）。 8.及时掌握现场量测情况，发生预警时现场专业监理工程师应及时向上级报告。发生黄色及以上预警的，现场专业监理应及时报告监理组长；发生红色预警的，监理组长应及时上报监理部、总监理工程师。
深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术韩孝广 发表时间：2019-01-09T14:22:32.410Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第31期作者：韩孝广王涛[导读] 本文分析了深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术。 山东省滕州曹庄煤炭有限责任公司山东滕州 277519 摘要：近年来，矿井开采深度逐年增加，巷道周边的地应力也相对提高。本文分析了深部煤矿应力分布特征及巷道围岩控制技术。 关键词：深部煤矿；应力分布特征；巷道围岩 前言 深部煤炭开采的最大特点是煤炭资源开采前煤岩体处于高原岩应力状态，而进行采掘活动后，裸露采掘空间表面垂直方向的应力迅速降到大气压。这种变化引起围岩应力的调整，出现很高的集中应力，在围岩中形成很大的应力梯度。围岩应力分布不是一成不变的，而是随着采掘活动的进行不断变化。当煤岩体不能承受这种应力变化时，就会出现各种灾害，这对深部煤矿的安全、高效开采带来巨大威胁。 1 深部煤矿应力分布特征 1.1 深部煤矿地应力测量与分析 目前，许多矿区对深部煤矿的地应力特征缺乏理性认识。当前直接用于地应力场的研究数据较为缺乏，许多煤矿对支护问题、冲击地压等，与地应力场联系较少。矿井深度的增加导致地应力值增加，破坏巷道能力加强。 当前的地应力测量主要以空心包体法为主，某些条件下也可采用水压致裂法。研究地应力学者通过整理600～1500m的深部矿区数据，剔除特殊地质环境测量数据后，总结出地应力测量的方法主要有：水压致裂法（用于一般地质条件）、结合应力解除法。 1.2 深部煤矿地区的地应力方向特征 经过对我国深部煤矿地区的地应力测量研究，发现我国深部矿区地应力方向存在一些特征：岩层中的水平应力方向特征较为显著；最大水平应力角度下量值较垂直应力大。 2 深部巷道围岩控制技术 巷道围岩控制技术按原理可分为3大类：①支护法。它是作用在巷道围岩表面的支护方式，如各种类型的支架、砌碹支护，为了改善支架受力状况，提高支护阻力，还可实施壁后充填和喷浆等。②加固法。其是插入或灌入煤岩体内部起加固作用，使煤岩体自稳的方法，如各种锚杆与锚索、注浆加固，锚杆、锚索分为插入煤岩体内的部分（杆体、锚固剂），以及设置在巷道表面的构件（托板、钢带及金属网），因此，“锚杆支护”确切意义上应称为“锚杆加固”或“锚杆加固与支护”。③应力控制法。它是改善巷道围岩应力状态，从而使巷道处于应力降低区的方法，包括巷道布置优化及各种人工卸压法。 2.1 巷道布置优化及应力控制法 针对深部巷道围岩应力高、变形大，甚至会出现冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，进行采掘优化、巷道布置优化，改善巷道受力状态是首先应考虑的方法。将巷道布置在应力降低区，如沿已稳定的采空区边缘掘进巷道（沿空掘巷），将巷道布置在采空区下方（掘前预采、上行开采等），均可明显降低巷道受力，改善围岩应力状态。 在深部开采中，有些煤矿水平应力大于垂直应力，而且水平应力具有明显的方向性，最大水平主应力明显高于最小水平主应力。在这种条件下，当巷道轴线与最大水平主应力平行，巷道受水平应力的影响最小，有利于顶底板稳定。根据地应力实测数据优化巷道布置方向，对巷道稳定性会起到事半功倍的作用。此外，巷道布置应尽量避开大型地质构造（断层、褶曲、陷落柱等）。 根据深部煤矿地应力场分布特征，对巷道断面形状与尺寸进行优化，可改善巷道周边附近围岩应力分布，有利于围岩稳定。人工卸压法，包括切缝、爆破、钻孔及掘卸压巷等，可转移巷道周边附近的高应力，改善围岩应力状态，在适宜的条件下可作为一种辅助的围岩控制手段。 2.2 深部巷道支护与加固法 目前，深部巷道支护与加固形式主要有：锚杆、锚喷支护，U型钢可缩性支架，注浆加固，复合支护（采用2种或2种以上的支护加固方式联合支护巷道，如锚喷+注浆加固，锚喷+U型钢可缩性支架，U型钢支架+注浆加固，以及锚喷+注浆+U型钢支架等型式）。经过多年研究与实践，我国煤矿已形成了基于煤岩体地质力学测试、以预应力锚固与注浆为核心的巷道支护成套技术。对于深部巷道，锚固与注浆技术也是经济有效的围岩控制技术。 1）预应力锚固技术。在深部巷道采用的预应力锚杆、锚索支护技术，其支护原理是大幅提高支护系统的初始刚度与强度，形成高支护应力场，降低采动应力场梯度，主动控制围岩扩容变形，保持其完整性。同时，支护系统应具有高延伸率，允许围岩有较大连续变形，通过预留变形量，使巷道发生可控变形后仍能满足使用要求。不同巷道条件应有不同的锚杆支护形式：预应力锚杆支护适用于围岩比较完整的岩石巷道、岩石顶板煤巷等；预应力锚杆与锚索支护可应用于煤顶巷道、无煤柱护巷、软岩巷道、高应力巷道、动压巷道及大断面巷道等多种比较困难的条件；全预应力锚索支护，顶板、两帮，甚至底板全部采用预应力锚索支护，适用于深部高应力巷道、强烈动压巷道等非常困难的条件。 2）注浆加固技术。在松软破碎煤岩体中开掘巷道，围岩自稳时间短、破碎范围大，在这种条件下，注浆加固是围岩控制的有效途径。注浆加固利用浆液充填围岩内的裂隙，将破碎煤岩体固结起来，提高围岩整体强度，增加围岩自身承载能力。我国煤矿目前采用的注浆材料主要分为2大类：一类是水泥基材料，是注浆加固应用最广的材料；另一类是高分子材料，如聚氨酯、脲醛树脂等。此外，还开发出多种复合材料，以改善注浆材料的性能，降低注浆材料的成本。在井下应用时，可根据巷道具体地质与生产条件进行选择。 3）预应力锚固与注浆联合加固技术。当巷道围岩松软破碎，锚杆与锚索锚固力不能保证时，预应力锚杆、锚索与注浆联合是一种有效的加固技术。注浆可将松软破碎围岩粘结，提高围岩整体强度，同时为锚杆与锚索提供可锚的基础，保证锚杆与锚索预应力与工作阻力能有效扩散到围岩中。注浆后采用预应力锚杆与锚索支护，可有效控制围岩扩容变形，保持围岩长期稳定。此外，还开发了多种注浆锚杆、注浆锚索及钻锚注一体化锚杆，适用于不同条件的巷道加固。
浅谈跨采巷道围岩变形破坏与控制 张玉涛 （淮北矿业集团公司临涣煤矿，安徽淮北235136） 摘 要 该文主要介绍了跨采巷道围岩的变形机理及变形特点，并概述了跨采巷道围岩稳定控制的关键。关键词 跨采巷道 围岩变形 控制 中图分类号TD325 文献标识码 A doi ：10．3969/j．issn．1005－2801．2012．06．106 Brief Talk on Deformation And Control Of Surrounding Rocks Of Roadway Affected By Overhead Mining Zhang Yu －tao （Linhuan Coal Mine ，Huaibei Mining Industy Group ，Huaibei 235136，China ） Abstract The paper presented the deformation mechanism and features of surrounding rocks of roadway affected by overhead mining ，and briefly summa-rized the key of control measures of roadway affected by overhead mining． Key words roadway affected by overhead mining deformation of surrounding rocks control *收稿日期：2012－05－08 作者简介：张玉涛（1982－），男，安徽阜阳人，2011年本科毕业于安徽理工大学采矿工程专业，助理工程师，现任淮北矿业集团临涣煤矿综采三区主管技术员。 我国现阶段煤层底板巷道主要采用跨采的方式，跨采形式分为横跨和纵跨两种方式，跨采巷道受采动影响的程度主要取决于巷道位置、围岩性质及巷顶与煤层底板的垂直间距。在开采过程中，只有了解跨采巷道的变形破坏机理，合理布置巷道，因地制宜的采取有效的加固维护措施，才能够减少巷道变形量，满足矿井通风、运输和行人的要求。1跨采巷道变形破坏机理1．1 底板垂直应力传递规律 在工作面的推进过程中，随着上覆岩层自上而下的冒落、破断与沉降，工作面前方煤壁会形成超前支承压力，在采空区则会出现应力降低现象即卸压，在底板岩层中，也会相应的出现垂直应力的集中区和卸压区，它与支承应力的分布大体是相一致的。 煤壁下方应力集中等值线呈现出斜向煤壁前方的泡形传递状态，采空区下方则是斜向煤壁后方的泡形。当巷道位于采空区下方时，巷道处于卸压状态，主要受水平应力作用；当跨采巷道位于煤柱下方时，巷道位于应力集中区，垂直应力占主导地位。随着底板岩层深度的增加，应力集中系数和卸压程度减小，应力分布逐步缓和。1．2 跨采巷道变形破坏机理 在工作面的跨采过程中，跨采巷道的围岩应力平 衡状态被扰动，进而在跨采巷道某些部位产生了新的应力集中，底板巷道围岩处于二向围压状态，本身经受不住大的变形能量，因此，跨采巷道周边围岩的应力状态将再次调整，塑性区的范围进一步扩大，并产生更大的压力和流动，最终导致跨采巷道围岩的最外层破裂区范围不断扩大，产生更大的碎胀变形。 跨采巷道变形失稳主要是由剪胀变形作用导致的，破裂区范围内的围岩自身稳定性差，围岩和支护体系的相互作用决定了跨采巷道能否长期保持稳定以及受跨采影响的程度和范围。2跨采巷道围岩变形特点2．1 跨采方式不同 工作面开采时，横跨巷道存在围岩变形的相对稳定区，与横跨巷道相比，纵跨巷道围岩变形破坏严重，无相对稳定区，巷道的变形主要是顶底板的移近造成的，且变形量呈持续上升趋势。2．2 巷道位置不同 跨采巷道围岩变形与巷道所处位置密切相关。当巷道位于采空区下方时，巷道总体变形量较大，变形特征以两帮内移为主；当跨采巷道位于停采线下方时，巷道煤柱侧帮部及底板变形较大；当跨采巷道位于煤柱下方时，巷道变形强烈，变形特征呈全断面收缩，底鼓严重。随着与工作面垂距的加大，巷道的变形破坏程度减小。3跨采巷道的围岩稳定控制3．1 跨采巷道的位置优化 由于底板应力传播特性以及矿压显现的区域性， 4 7 12012年第6期
钱营孜煤矿矿压监测管理规定 各单位： 为加强我矿矿压监测工作，准确掌握采场矿压显现规律，适时有效监测矿山压力，提高巷道支护质量，保证安全生产，根据集团公司有关文件精神，结合我矿实际现状，特制定如下矿压监测制度。 一、矿压监测领导小组 （一）总工程师任领导小组组长。 （二）生产技术部设矿压监测小组，配备专业人员4人，负责日常矿压监测资料的收集、整理和分析。 （三）采掘区队至少配备专职或兼职矿压监测专业人员1人，负责本区队矿压监测资料的收集、整理和分析。 二、具体要求 （一）锚杆支护巷道矿压监测 1.岩巷矿压监测规定如下 （1）施工单位及技术人员定期对锚杆及锚索进行拉拔力及锚杆扭矩力试验，并做好原始台帐的资料记录。 （2）矿领导、职能部门管理人员应定期对锚杆（索）原始台帐记录、锚杆拉力计、锚索张拉机具、锚杆扭矩扳手等检测工具进行监督检查。 （3）定期（每100m3做两组，每组三块）做混凝土强度检验：将混凝土喷在15cm×15cm×15cm的立方体模块内，要求喷射时与实际结构部位相同，并在相同条件下养护28天后，送交相关质检部门进行强度试验，强度标号不得小于C20。 （4）顶板岩性探查孔，施工单位必须按时、按指定地点（岩巷原则上每20米施工一探查孔）负责打探查孔眼，然后由施工单位技术人员协助矿压小组用顶板窥视仪对顶板岩性进行窥视，同时施工单位技术员在现场必须及时记录打眼过程中顶板的岩性情况并按规
定及时上报顶板岩性观测孔资料，要求对顶板岩性探查孔进行编号管理。 （5）矿压小组对顶板岩性进行窥视后，要及时将探查的资料进行认真分析并存档备案，对顶板岩性探查孔资料进行分类编号管理。 （6）按规定每次需要打顶板探查孔时，矿压小组应提前一天通知施工单位及技术人员，施工单位接到通知后应提前备齐打眼工具做好相关准备工作，不得以任何理由推诿、扯皮。否则，矿压观察小组将对施工单位进行处罚。 （7）施工单位每次应及时将当天收集的顶板探查岩性资料上交于生产技术部矿压小组，以便于矿压小组对资料的整理，同时结合钻孔内影像资料，质量抽查情况等进行汇总，报送矿领导。 2、煤巷矿压监测规定如下 煤巷锚杆支护巷道每掘进50～100m，施工单位必须至少打1个顶板岩性探查孔，由矿压小组利用钻孔窥视仪进行顶板岩性的观测和分析，施工单位技术人员必须在现场予以配合。探查孔的观测工作完成后，必须编制顶板岩性探查孔柱状图，建立顶板岩性探查台帐。当顶板岩性出现异常变化时，必须采取针对性措施。 （1）为了加强锚杆支护的顶板管理，进一步优化锚杆支护参数，随时了解顶板的离层情况，根据《煤矿安全规程》第44条第7款的规定，在煤巷锚杆支护必须进行顶板离层监测。 （2）所有采用锚杆支护的煤巷内必须安装顶板离层仪，对顶板离层情况进行监测，并用记录牌板显示，以便及时掌握顶板离层变化，监测巷道支护质量，确保掘进及回采期间的安全。 （3）所有顶板离层仪应按安装时间的先后进行编号，并挂牌管理，牌版上应清晰表明顶板离层仪的编号、安装日期、初始读数、深、浅基点位置、观测责任人等内容。 （4）所有顶板离层仪必须安设在巷宽的中部或交岔点的中心位置，顶板离层仪的间隔距离一般为50米。安装时，工作面迎头距前
大变形巷道围岩变形机理与控制技术 摘要: 为得到困难条件下大变形巷道围岩的变形机理与控制对策以困难条件下巷道的类型划分和特点为基础，总结了巷道围岩表面变形特征和内部的变形与结构特征，详细分析了高应力大变形破坏、底鼓型巷道系统失稳、采动巷道的变形破坏、结构面错动变形机制、围岩与支护结构不耦合五类主要变形机制。结合巷道围岩控制理论研究与工程实践，提出了目前困难条件下矿井巷道支护存在的主要问题、难点与控制关键。 关键词: 困难条件; 大变形巷道; 围岩控制; 变形机理; 控制技术 0 引言 近年来，随着我国经济社会的快速发展、西部能源战略基地的大力建设、南方煤企重组的结构调整，煤炭的产量在逐步提高，为国民经济建设提供了重要支撑。然而，随着煤炭资源开发规模、开采深度的增加，开采条件在持续恶化，巷道维护难度在不断增加，这给矿山巷道支护提出了新的挑战与课题，因此，困难条件下( 例如大采深、构造应力、多次采动影响、松软围岩、突出煤层等) 巷道围岩控制理论与技术亦成为当前矿业工程领域研究的热点与难点。首先，由于我国东中部浅部煤炭资源的日益短缺，煤层开采必然转向深部，而深部开采因高地温、高地压、高渗透压和开采扰动( “三高一扰动”)的不利影响，使得深部矿井巷道的地质力学环境愈加复杂，地下工程灾害日益增多，深部巷道围岩稳定性控制变得更为困难。一方面，部分矿井由浅部的硬岩矿井转型为深部软岩矿井，围岩缓变型大变形支护问题十分突出。另一方面，深部煤层开采引发的冲击地压、瓦斯突出、岩爆等突变型大变形重大灾害在我国频繁发生，给国家财产和人民生命造成了巨大的损失，动力作用下巷道围岩控制问题已成为目前煤炭科技工作者所关注的重大问题之一。其次，西部大型煤炭生产基地的建设为矿井巷道围岩控制理论与技术的发展提供了良好的机遇，同时也提出了新的挑战。西部矿区的地质条件有其特殊性，即第四纪冲积层非常浅、软弱基岩埋藏深、含水层较多，( 特) 厚砂砾层、松散沉积砂层、厚冲积层等地层较为常见。特别是基岩多为中生代软弱不稳定岩层，成岩较晚、胶结程度差、强度低，遇水软化、泥化，这都增加了巷道围岩的控制难度。再次，与北方矿区相比，南方煤矿多为小型矿井，煤层赋存不稳定，地质条件较为复杂，矿井瓦斯含量较高，万吨掘进率偏高。因此，南
围岩观测制度 （一）为掌握巷道矿压显现规律及特点，科学指导采场设计、巷道布置、现场施工和维护，综合评判设计和支护效果，预防顶板事故，根据《煤矿安全规程》（20XX）第104条：“严格执行敲帮问顶及围岩观测制度”的规定，制定本制度。 （二）组织机构：建立以总工程师为首的围岩（矿压）观测技术管理体系，成立围岩 （矿压）观测组，抽调具备相应专业知识，技术素质高，工作责任心强的专业技术人员开展围岩（矿压）观测工作。围岩（矿压）观测组应根据煤矿井下围岩实际情况，制定围岩观测方案，监督实施。 （三）观测范围：井下所有采掘工作面及巷道。 （四）观测内容： 1. 掘进工作面：观测巷道变形量和顶板离层。 2. 采煤工作面：工作面煤壁片帮、端面距、冒高、支架( 柱 ) 状况、两巷超前顶板运动规律、应力分布、巷道变形量、工作面及两巷超前支护质量等。 （五）观测方法 1. 圆图自记仪每天记录一次。
2. 工作面支架初撑力、工作阻力每周检测两次。 3. 两巷超前顶板运动规律、应力分布、巷道变形量每班检测一次。 4. 工作面顶板及两巷超前支护质量、煤壁片帮、端面距、冒高、支柱状况每班进行观测。 （六）有关要求 1. 围岩（矿压）观测人员必须严格执行班中检测、记录制度，针对所观测内容填写相应的《工作面支护质量与顶板动态监测表》和《巷道围岩移近及观测记录表》，原始数据记录要准确，不得随意乱改，严禁做假表。 2. 围岩（矿压）观测人员严禁空岗、漏检。 3. 围岩（矿压）观测人员在监测过程中发现工作面的压力异常或巷道顶板离层值及变形量超过规定，应及时向当班班组长（跟班队长）和总工程师报告，总工程师召集围岩观测人员，根据分析结果提出整改措施并监督落实。当矿压显现异常，有明显事故预兆时，要立即撤出危险区域人员。 4. 观测结束后及时编制围岩（矿压）观测报告。 5. 技术部门对每天的矿压监测资料及时进行分析、整理，如发现情况异常，应及时汇报有关矿领导并分析原因，进行处理。
矿井深部开采沿空巷道的围岩控制技术研究 摘要：针对深部综放沿空巷道围岩稳定性差、变形大、难支护的特点，通过理论分析、数值模拟和现场实验等方法，从巷道支护方式和巷道断面优化两方面讨论了深部综放沿空巷道的控制技术。研究结果表明：直墙半圆拱形断面、锚梁网索联合支护方式能够较好的控制深部综放沿空巷道围岩，减少巷道围岩变形，增强其稳定性。 关键词：深部综放沿空巷道半圆拱形锚网索联合支护断面优化 1、引言 随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，我国矿山相继进入深部开采。目前，我国煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加，而东部矿井更以每年10～25m的速度增加，预计未来20年，我国很多煤矿将进入1000m～1500m的深度开采。另一方面，我国已探明煤炭资源埋深在1000m以下的储量为2.95万亿吨，约占煤炭资源总量的53％，因此，现在及未来一段时间内，我国煤矿开采将逐渐转入深部开采。 由于深部岩体所处的地球物理环境及其应力场的复杂性，在浅部开采基础上发展起来的传统支护理论、支护参数已难以适应深部巷道支护设计和实践的需要。深部综放沿空巷道，作为一类较特殊的回采巷道，与普通的回采巷道相比，具有以下特点：(1)综放沿空巷道布置在靠近采空区的煤体中，巷道围岩结构破碎，在掘进和回采过程中，巷道将发生较大的变形；(2)对于综放沿空巷道而言，由于巷道上方为顶煤，上覆岩层运动波及的范围及影响程度相应地增大，回采过程中的矿压显现将更加剧烈；(3)综放工作面年产量多在100万t左右，开采强度大，机械设备体积较大，且所需风量剧增，这就要求巷道具有较大的断面；(4)深部综放沿空巷道埋深大，地应力相对较大。由于以上原因，深部综放沿空巷道围岩的稳定性及其控制一直是采矿领域中的研究热点和难点。本文主要从支护方式与参数、巷道断面优化等方面讨论深部综放沿空巷道围岩的控制技术。 2、综放沿空巷道断面的优化 由于施工简单，易于成型等优点，矩形和梯形断面形状是目前国内综放沿空煤巷的主要断面形状。但根据弹性力学、岩石力学知道，这两种巷道断面都容易在4个拐角处产生应力集中，不利于巷道围岩的稳定性。直墙半圆拱形断面具有易于巷道顶板稳定、易于施工等优点，目前已经成为岩石巷道的主要形式；但由于半圆拱形巷道施工较复杂，不易成型等缺点，在煤巷中很少应用。由于深部综放沿空巷道的特殊性，尤其是综合机械化掘进易于完成直墙半圆拱形断面的开挖，因此，直墙半圆拱形断面可优先应用于综掘施工的深部综放沿空巷道中。下面将通过数值计算件模拟这两种断面对浅部、深部巷道围岩，特别是对深部综放沿空巷道顶部煤岩体稳定性的影响。
围岩变形弹塑性分析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
§ 隧道围岩重分布应力的计算 隧道开挖前，岩体中每个质点均受到天然应力的作用而处于相对平衡状 态；隧洞开挖后，洞壁岩体因失去了原有岩体的支撑，破坏了原有的平衡状态，从而产生向洞内空间的膨胀变形，其结果又改变了相邻质点的相对平衡关系，引起应力、应变和能量的重新调整，达到新的平衡关系，形成新的应力状态。 弹性围岩重分布应力 对于那些坚硬致密的块状岩体，当天然应力大约等于或小于其单轴抗压强度的一般时，隧道开挖后的围岩将呈弹性变形状态。这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩应力重分布可用弹性力学的基本理论来分析，隧洞半径相对于洞长很小时，可按平面应变问题考虑，围岩重分布应力可用柯西（Kirsh ）课题求解。 图2-1是柯西课题的简化模型。设无限大弹性薄板，在边界上受沿X 方向的外力P 作用，薄板中有一半径为R 0的圆形小孔。取如图极坐标，薄板中任一点M （r ，θ）的应力及方向如图所示，按平面问题考虑，不计体力，则M 点的各应力分量，即径向应力?r 、环向应力?θ和剪应力τθ与应力函数?间的关系，根据弹性理论可表示为： 22222 2 21111r r r r r r r r r θθ θ θφφσθφσφφτ??=+???=?????? ?? =?? ?? ?? -???（2-1） 上式的边界条件为： ()()() ()000cos 22 2 sin 22 r r b r r b r r r b r b p p b R p b R b R σθτθ στ====? =+ ? ?? =- ?? ? ==?? （2-2） 设满足该方程的应力函数φ是： () 222ln cos 2A r Br Cr Dr F φθ-=++++（2-3） 带入上式并考虑边界条件，可求得应力函数为： 2222 00222 00ln 1cos 22222pR R r r r R R r φθ? ?=-----?????? （2-4） 代入可得各应力分量：
大断面煤层巷道围岩变形特征与支护参数研究 发表时间：2015-01-20T09:59:37.597Z 来源：《工程管理前沿》2015年第2期供稿作者：车燕飞李振星纪录郝俊龙[导读] 巷道底鼓严重因为巷道支护，导致人们通常重视顶板的支护及煤帮的支护，而对于底板的治理则往往忽视。 车燕飞李振星纪录郝俊龙（潞安集团五阳煤矿 046205） 摘要：在煤矿开采强度及规模逐渐增大的背景下，为了矿井通风及运输等能够得到充分满足，巷道断面也变得越来越大。这样便给巷道维护造成了极大的不便，进一步对煤矿安全高效生产构成了严重威胁。本课题笔者在分析大断面煤层巷道围岩变形特征的基础上，进一步对大断面巷道支护技术进行了探究，希望以此为大断面巷道支护技术的完善提供依据。 关键词：大断面巷道；围岩变形；支护技术 0.引言煤炭工业在我国国民经济当中占据了非常重要的地位。在煤炭开采过程中，利用经济合理的开采方式便显得极为重要，这样才能在获取巨大经济效益的同时，又能够使当地居民的生活环境得到有效保护。目前，在我国大型矿井超过80%的均为煤巷[1]。煤巷提升了巷道掘进的速度，同时也节省了经济资源与人力物力资源，使煤炭开采更具高效性。但同时因为煤巷围岩强度要远远小于岩巷，从而造成煤巷的广泛采用大大增加了巷道的支护难度。 1.大断面煤层巷道围岩变形特征分析1.1 巷道围岩变形破坏较为严重顶板离层范围大，经过井下围岩钻孔窥视离层范围通常为4～5米，局部通常为6 米，比顶板锚杆锚固的范围要大很多，必须采取加长强力锚索支护。巷道两帮变形量显得较大，如果煤矿沿煤层顶底板掘全高巷道，便会使得顶底板和煤层交界面产生较小的摩擦力，从而产生摩擦力非常小的滑面，在煤帮整体挤出与层间相对滑动的情况下，便会使煤帮的塑性区范围变大，通常在6～7 米，从而导致巷帮支护更为复杂[3]。所以，巷帮支护需采取锚索对支护强度进行强化，同时使巷帮的塑性区范围得到有效控制，最终使巷帮围岩的稳定性得到有效保持。 1.2 巷道围岩破坏突发性较大在一些特殊地段，比如地质破碎带、小断层及淋水交岔点等情况存在时，因为大断面巷道的高度及跨度均非常大，会造成巷道冒顶突发性更为强烈，并且冒顶范围也非常大。对于冒落长度，较小范围通常在10 米左右，范围寄到的可达80 米。冒顶宽度通常要比巷道宽度要小，冒顶高度通常为巷道高度的数倍之多。在巷道顶板里某一层位具备坚硬岩层的情况下，冒落高度便显得非常小；在巷道顶板是复合顶板的情况下，冒落高度便显得非常大。 1.3 巷道底鼓严重因为巷道支护，导致人们通常重视顶板的支护及煤帮的支护，而对于底板的治理则往往忽视。同时，由于地下地应力场构造非常复杂，导致巷道很容易造成严重的底鼓现象。大部分煤矿巷道均会进行相应的巷道起底附加工作，从而使正常的生产需求得到满足，这样便在很大程度上使人力物力造成浪费，进一步使煤矿企业造成了极大的经济损失。 2.大断面巷道支护技术探究2.1 数值模型及计算参数以具体工作面的地质及生产条件为依据，进一步对三维数值模型进行构建。使用应变软化本构模型对数值进行计算，然而对模型的边界条件加以明确：四周选用铰支、底部选用固支、上部为自由边界。巷道开挖后，垂直应力需在掘进工作面周围重新分布，在工作面前后方呈现应力降低区与升高区。同时，对于水平应力，也需在掘进工作面前后方呈现应力降低区与升高区。但需要充分注意的是，基于工作面后方顶及底板围岩的集中应力，不管大小或者作用范畴，均需比工作面前方大。除此之外，还需要对应力条件加以明确，垂直应力与最大水平应力分别为7.8MPa、8.1MPa，另外最大水平主应力方向为N45°W。如表1，为煤岩体物理力学参数。 表1·煤岩体物理力学参数 2.2 巷道支护形式选择需遵循的原则对于巷道支护形式，在选择上需遵循一定的原则，这样才能够为多方面的质量起到保障作用。其一，能够对巷道围岩变形实现有效控制，同时能够使围岩支护状况得到有效改善。其二，有利于断面利用率的提高。能够对巷道围岩变形实现有效控制，同时又能够减小巷道有效空间的占用率，从而使巷道断面利用率大大提升。其三，能够为安全生产提供便利，在使巷道支护情况维持良好状态的基础上，保证行人顺畅，同时能够为高效的安全生产提供依据。其四，符合巷道支护成本的有效控制。对于企业来说，经济效益是生产的根本。企业均追求最大经济效益。所以，需要将巷道支护成本降至最低化，同时保证生产质量。 2.3 实际应用如果煤岩体的夹层较厚，同时顶板坚硬，那么巷道开挖之后围岩如果暴露，从空间与时间两方面均需要进行锚杆支护，并且还需要施加足量的预应力。之所以这样做，主要有两个目的：其一为，能够对围岩离层、滑动等进行有效控制，使它们不发生连续变形现象，进一步使其连续性及完整性得到有效保证。其二，能够使围岩压应力得到有效降低，同时降低偏应力，有效抑制拉应力区及剪破坏情况的发生。 以上述要点为依据，以相应的工作面运输与回风巷道为试验对象，对其进行了高强度预应力锚杆支护计算和设计。
围岩观测制度 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
围岩观测制度（一）为掌握巷道矿压显现规律及特点，科学指导采场设计、巷道布置、现场施工和维护，综合评判设计和支护效果，预防顶板事故，根据《煤矿安全规程》（2016）第104条：“严格执行敲帮问顶及围岩观测制度”的规定，制定本制度。 （二）组织机构：建立以总工程师为首的围岩（矿压）观测技术管理体系，成立围岩 （矿压）观测组，抽调具备相应专业知识，技术素质高，工作责任心强的专业技术人员开展围岩（矿压）观测工作。围岩（矿压）观测组应根据煤矿井下围岩实际情况，制定围岩观测方案，监督实施。 （三）观测范围：井下所有采掘工作面及巷道。 （四）观测内容： 1.掘进工作面：观测巷道变形量和顶板离层。 2.采煤工作面：工作面煤壁片帮、端面距、冒高、支架(柱)状况、两巷超前顶板运动规律、应力分布、巷道变形量、工作面及两巷超前支护质量等。 （五）观测方法 1.圆图自记仪每天记录一次。
2.工作面支架初撑力、工作阻力每周检测两次。 3.两巷超前顶板运动规律、应力分布、巷道变形量每班检测一次。 4.工作面顶板及两巷超前支护质量、煤壁片帮、端面距、冒高、支柱状况每班进行观测。 （六）有关要求 1.围岩（矿压）观测人员必须严格执行班中检测、记录制度，针对所观测内容填写相应的《工作面支护质量与顶板动态监测表》和《巷道围岩移近及观测记录表》，原始数据记录要准确，不得随意乱改，严禁做假表。 2.围岩（矿压）观测人员严禁空岗、漏检。 3.围岩（矿压）观测人员在监测过程中发现工作面的压力异常或巷道顶板离层值及变形量超过规定，应及时向当班班组长（跟班队长）和总工程师报告，总工程师召集围岩观测人员，根据分析结果提出整改措施并监督落实。当矿压显现异常，有明显事故预兆时，要立即撤出危险区域人员。 4.观测结束后及时编制围岩（矿压）观测报告。
软岩大变形 软岩大变形问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，在地下工程的建设过程中，软岩问题一直是困扰工程建设和运营的重大难题之一。特别是“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，造成多对矿井的停产建设。每年有大量的隧洞在软弱围岩中开挖，随着开挖深度的增加，软岩问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。随着人类工程活动的不断增强， 软岩隧洞系指塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特征，而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。 1.软岩大变形破坏特征 软岩隧洞的大变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受隧洞所处的地应力环境和工程因素控制。我国许多煤矿在采深不大的情况下，坑道的变形破坏并不强烈，常规支护即可维护隧洞稳定。加大采深后，这些煤矿坑道额稳定性降低，变形破坏趋于强烈，常规支护难以维护坑道稳定，因此，软岩隧洞的变形破坏特征受多种因素控制。一般来说，软岩隧洞的破坏具有以下特征： (1) 变形破坏方式多 除一般隧洞中常见的变形破坏方式拱顶下沉、坍塌外，还有片帮和底鼓、底围隆破，隧洞表现出强烈的整体收敛和破坏。变形破坏表现的形式既有结构面控制，又有应力控制型，尤以应力控制型为主。 (2) 变形量大 拱顶下沉大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入在20~80cm之间，底鼓非常强烈，在常规无仰拱支护的情况下，强烈的底鼓往往将整个隧洞封闭。 (3) 变形速度高 软岩隧洞初期收敛速度可以达到3cm/d，即使施作了常规锚喷支护以后，软岩隧洞的收敛速度依然很高，可达2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢，因此，在不长的时间内其变形收敛就很大，多则一年，少则几个月就将隧洞封闭。 (4) 持续时间长 由于软岩具有强烈的流变性和低强度，因此，软岩隧洞开挖以后，围岩的应力重分布持续时间很长，软岩隧洞变形破坏持续很长时间，往往长达1~2年。 (5) 因位置而异
敲帮问顶和围岩观测管理制度（编号：HTMY/ZD-2016-30） 荥经县宏泰煤业有限责任公司 （矿办）
敲帮问顶、围岩观测制度 为使职工牢固树立“安全第一”的思想，进一步加强我矿的安全基础工作，抓好我矿的顶板管理，保持我矿安全生产形势持续稳定发展的良好态势，根据《煤矿安全规程》的有关规定，结合我矿实际，经研究特制订如下敲帮问顶、围岩观测管理制度： 一、敲帮问顶管理 敲帮问顶是井下采掘作业开始前，顶板和煤、岩壁无支护时，利用手镐或钢钎之类的工具，去敲击巷道周围已经暴露而未加支护的煤、岩层，使其发出声音，来探明周围岩体内部是否松动、断裂和离层的一种方法。 1、开工前，班组长或安全员必须对工作面安全情况进行全面检查，确认无危险后，方准作业人员进入工作面。敲帮问顶时，其他无关人员不得进入工作面。 2、井巷掘进工作面敲帮问顶工作由班组长负责或指派有经验的专人负责。 3、掘进工作面必须备有长、短钢钎等敲帮问顶的工具，敲帮问顶工作要由外向内进行。 4、掘进巷道在施工锚杆、索、支工字钢架、铺网等工作之前都必须做好敲帮问顶工作，确保以上工作都能安全顺利进行。 5、敲帮问顶时，工作面顶板出现离层、断裂，又不能立即挑下时，必须立即进行支护或采取临时支护措施，临时支护必须牢固可靠。 6、掘进工作人员必须经常认真检查工作地点的顶板、煤壁及两帮、支护情况等，当发现顶板和煤壁有松动时，必须立即采取措施进
行处理。 7、敲帮问顶要求达到标准、清除顶帮伞檐及所有松动煤（岩）块，无煤（岩）块明显裂缝出现和煤（岩）层暗里脱层（清音混沌）情况出现。 8、敲帮问顶工作必须在有支护的条件下进行，禁止空顶作业。敲帮问顶时使用长柄工具或钢钎操作。 9、掘进工作面，超前空顶距不超过《作业规程》规定，打眼、清渣前先进行敲帮问顶工作。 10、如果发现有活矸，应及时进行处理，如有冒顶危险，处理后方能继续进行工作。 11、采煤工作面人员在进入工作面，必须先敲帮问顶，检查所有支架是否牢固，煤壁有无片帮，确定无危险后，方可开始工作。 12、检修工在进入工作面维修之前，必须先检查顶板和巷道两帮的安全情况，如有活矸和支架变形，立即进行处理，只有在处理完，确认无危险后方可继续进行工作。 13、回柱工作在回柱前先检查周围支架、顶板的完好情况，确认无危险后，按回柱的程序和要求进行回柱作业。 14、敲帮问顶的操作方法是：人站在安全的地方，用手镐由轻而重地敲击顶板和两帮，如有发出“空空”或“嗡嗡”声，表示顶板的石块或煤帮的煤块已离层，有可能立即掉下来，应立即用长把工具把悬空的石块或煤块撬下来。敲击时，如果发出清脆的声音，也不能完全断定顶板没有问题；还要用手托顶板，再用镐轻轻敲击一次，如果手感有震动，就应立即在此处补设支架，把顶板支撑好，确保安全。如果声音清脆又没有震动感，说明顶板没有离层，是安全的。
安宁煤矿矿压监测管理规定 各单位： 为加强我矿矿压监测工作，准确掌握采场矿压显现规律，适时有效监测矿山压力，提高巷道支护质量，保证安全生产，根据集团公司有关文件精神，结合我矿实际现状，特制定如下矿压监测制度。 一、矿压监测领导小组 （一）总工程师任领导小组组长。 （二）生产技术部设矿压监测小组，配备专业人员4人，负责日常矿压监测资料的收集、整理和分析。 （三）采掘区队至少配备专职或兼职矿压监测专业人员1人，负责本区队矿压监测资料的收集、整理和分析。 二、具体要求 （一）锚杆支护巷道矿压监测 1.岩巷矿压监测规定如下 （1）施工单位及技术人员定期对锚杆及锚索进行拉拔力及锚杆扭矩力试验，并做好原始台帐的资料记录。 （2）矿领导、职能部门管理人员应定期对锚杆（索）原始台帐记录、锚杆拉力计、锚索张拉机具、锚杆扭矩扳手等检测工具进行监督检查。 （3）定期（每100m3做两组，每组三块）做混凝土强度检验：将混凝土喷在15cm×15cm×15cm的立方体模块内，要求喷射时与实际结构部位相同，并在相同条件下养护28天后，送交相关质检部门进行强度试验，强度标号不得小于C20。 （4）顶板岩性探查孔，施工单位必须按时、按指定地点（岩巷原则上每20米施工一探查孔）负责打探查孔眼，然后由施工单位技术人员协助矿压小组用顶板窥视仪对顶板岩性进行窥视，同
时施工单位技术员在现场必须及时记录打眼过程中顶板的岩性情况并按规定及时上报顶板岩性观测孔资料，要求对顶板岩性探查孔进行编号管理。 （5）矿压小组对顶板岩性进行窥视后，要及时将探查的资料进行认真分析并存档备案，对顶板岩性探查孔资料进行分类编号管理。 （6）按规定每次需要打顶板探查孔时，矿压小组应提前一天通知施工单位及技术人员，施工单位接到通知后应提前备齐打眼工具做好相关准备工作，不得以任何理由推诿、扯皮。否则，矿压观察小组将对施工单位进行处罚。 （7）施工单位每次应及时将当天收集的顶板探查岩性资料上交于生产技术部矿压小组，以便于矿压小组对资料的整理，同时结合钻孔内影像资料，质量抽查情况等进行汇总，报送矿领导。 2、煤巷矿压监测规定如下 煤巷锚杆支护巷道每掘进50～100m，施工单位必须至少打1个顶板岩性探查孔，由矿压小组利用钻孔窥视仪进行顶板岩性的观测和分析，施工单位技术人员必须在现场予以配合。探查孔的观测工作完成后，必须编制顶板岩性探查孔柱状图，建立顶板岩性探查台帐。当顶板岩性出现异常变化时，必须采取针对性措施。 （1）为了加强锚杆支护的顶板管理，进一步优化锚杆支护参数，随时了解顶板的离层情况，根据《煤矿安全规程》第44条第7款的规定，在煤巷锚杆支护必须进行顶板离层监测。 （2）所有采用锚杆支护的煤巷内必须安装顶板离层仪，对顶板离层情况进行监测，并用记录牌板显示，以便及时掌握顶板离层变化，监测巷道支护质量，确保掘进及回采期间的安全。 （3）所有顶板离层仪应按安装时间的先后进行编号，并挂牌管理，牌版上应清晰表明顶板离层仪的编号、安装日期、初始读数、深、浅基点位置、观测责任人等内容。
关于软岩大变形，目前还没有形成一致和明确的定义。Karl Terzaghi(1946)最早对隧道围岩大变形进行描述和定义，他指出：“挤压变形岩石是指含有相当数量黏土矿物的岩石”，变形行为会以“不容易察觉的体积增加缓慢地侵入隧道净空，挤压变形的先决条件是岩石中高含量的具有膨胀性细微或亚微云母矿物和黏土矿物”。国际岩石力学学会于1995 年成立了专业委员会研究岩石挤压变形问题，提出挤压变形的定义“挤压变形是一种与时间相关的变形行为，通常发生在地下空间开挖面周边，一般由于极限剪切应力失稳而导致的蠕变所造成，这种变形可能会在开挖期间停止，也有可能持续非常长的时间”。 仔细分析这两种经典定义，太沙基实际上讨论了地质软岩的概念，定义强调岩石成分的特殊性，对力学机制没有涉及。而国际岩石力学学会的定义则强调大变形是与时间有关的变形行为，产生原因是由于极限剪切应力失稳。实际上，上述定义只强调了一个现象的两个方面，均有一定缺陷。陈宗基等(1983)认为，围岩收敛变形机制应包括塑性楔体、流动变形、围岩膨胀、扩容、挠曲五个方面，与前述定义有重叠之处；翁汉民等(1999)认为不能从变形量的大小定义大变形，具有显著变形是大变形问题的外在表现，其本质是由剪应力产生的岩体剪切变形发生错动、断裂分离破坏，岩体向地下空间方向产生挤压变形来定义大变形；何满潮等(2002)基于地下空间大变形现象将软岩分为膨胀型软岩、高应力软岩、节理化软岩、复合型软岩四类；李天斌等(2005)基于产生围岩大变形的地质环境及力学机制，将其定义为：隧道及地下工程中，由软弱岩体构成的围岩，在高或相对高地应力、地下水或自身膨胀性的作用下，其自承能力丧失或部分丧失，产生具有累进性和明显时间效应的塑性变形且变形得不到有效约束的现象，它既区别于岩爆运动脆性破坏，又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏；赵旭峰（2007）提出挤压现象是一种在隧道开挖中与时间有关的大变形，与岩体的时效力学行为紧密相关，表现为在工程扰动力作用下，当岩体所承受的剪应力超过某极限值时，所发生的随时间发展的显著粘弹塑性变形；上述对大变形的定义均较好地概况了前述两种经典定义。