复杂地质条件下极不稳定煤岩巷道围岩稳定性控制及 ... - 湖南科技大学

复杂条件下大断面硐室围岩稳定性控制研究
郝明月
【期刊名称】《中州煤炭》
【年(卷),期】2018(040)008
【摘要】针对陈四楼煤矿九采区复杂地质条件下大断面硐室围岩经常大面积严重破坏且围岩稳定性控制难度不断增大的问题,采用现场调查、试验研究和数值模拟的方法,分析了硐室围岩变形破坏特征,提出了锚杆锚索协同支护控制技术.采用数值模拟软件FLAC3D对锚杆锚索支护后硐室围岩的水平应力场、垂直应力场及破坏场分布进行模拟,结果表明:硐室围岩支护效果良好,硐室能保持长期稳定.对类似条件下大断面硐室支护具有一定的指导意义.
【总页数】5页(P191-195)
【作者】郝明月
【作者单位】河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿,河南永城 476600
【正文语种】中文
【中图分类】TD354
【相关文献】
1.深部软岩大断面硐室围岩稳定性控制技术 [J], 耿福高
2.深井大断面硐室围岩稳定性控制模拟分析 [J], 梁权宇;陈顺满;王贻明
3.深部软岩大断面硐室围岩稳定性控制技术 [J], 耿福高
4.大断面硐室围岩塑性区变形及稳定性控制 [J], 王贺;刘军;肖治民;周浩;孙磊;喻君;
石崇
5.复杂条件下大断面硐室围岩稳定性控制研究 [J], 郝明月;
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摘要：针对南方复杂地质条件薄煤层开采巷道难控制的问题，文章以含春煤矿薄煤层开采为例，分析了薄煤层开采巷道围岩控制中存在的问题及巷道变形破坏特征，并针对性地提出复杂条件下薄煤层开采巷道的控制对策及支护技术。

工程实践表明，应用新支护技术后巷道围岩变形得到有效控制，支护体受力情况良好，能够保证围岩结构的长时间稳定性。

关键词：复杂地质条件；薄煤层；软弱围岩；巷道支护中图分类号：td353 文献标识码：a 文章编号：1006-8937（2016）17-0171-02相较于北方大型煤炭生产基地，南方煤炭资源十分有限，而考虑地区民用需求则必须保证一定数量的煤矿开采。

就南方煤炭资源分布情况而言，煤层厚度在2 m以下薄煤层占有相当大的比例，且多处煤层赋存条件较为复杂。

复杂条件薄煤层开采面临的主要问题包括瓦斯和软岩，由于近年来对瓦斯问题的高度重度，瓦斯事故已而到有效控制；而南方软岩巷道围岩稳定性控制一直得不到保障，甚至在很大程度上成为限制煤矿生产效率、生产成本的关键因素。

研究复杂条件下软岩巷道新的支护方法，对南方薄煤层资源开发具有重要理论意义和应用价值。

1 复杂条件薄煤层开采巷道支护问题变形特征1.1 巷道支护问题相较于北方大型煤矿，南方煤矿由于地质条件复杂、井型小、煤质差以及其他人为因素，使得巷道支护存在很大问题。

首先，巷道支护方案与参数存在盲目性，矿井巷道支护凭经验进行设计，使得巷道支护刚度不够，支护结构不合理。

其次，支护时机选择不合理，尤其对于巷道掘进后的一次与二次支护，不能确定有效的支护时机。

同时，人为因素造成的巷道施工质量的不合格，亦是造成薄煤层开采巷道围岩难控制的重要因素。

1.2 巷道变形破坏特征对矿井巷道地质情况进行分析发现，巷道变形破坏特征主要为以下几个方面：①巷道的破坏主要集中在帮角与底角位置，此方向为应力集中最大区域；巷道破坏形式以剪切破坏为主，在巷道围岩浅层表面会出现小范围的剪切破坏带，但随着应力加载时间的延长，剪切破坏带规模会逐渐扩大并相互贯通，形成大范围塑形破坏。

深部极复杂软岩巷道围岩稳定控制技术摘要：本文介绍了深部极复杂软岩巷道围岩的稳定控制技术。

首先，将介绍几种常见的地质因素，包括岩性、构造、水文和采矿排放等，以及对深部极复杂软岩巷道的影响。

其次，介绍了应用于深部极复杂软岩巷道的稳定控制技术，这些技术包括巷道增强、支护技术、加固技术、稳定技术、防治技术等，并举例说明了每种技术的应用。

最后，综合考虑上述因素，提出了深部极复杂软岩巷道的稳定控制原则。

关键词：深部极复杂软岩巷道；地质因素；稳定控制技术；稳定控制原则正文：1. 深部极复杂软岩巷道的地质因素在开采深部极复杂软岩巷道时，地质因素是影响巷道稳定性的重要因素。

常见的地质因素包括岩性、构造、水文和采矿排放等。

其中，岩性是深部极复杂软岩巷道稳定性影响最大的因素，岩石的力学性质及其内部微观结构对巷道稳定性有重要影响。

构造因素指的是岩体的构造特征，如断层、褶皱、翘曲等，构造会影响巷道的稳定状态。

水文因素是指地下水的流量和流向，水文因素会导致岩体的浸润和潮湿。

采矿排放包括巷道排气和卸荷，这些会对深部极复杂软岩巷道的稳定性产生影响。

2. 应用于深部极复杂软岩巷道的稳定控制技术为了保证深部极复杂软岩巷道的稳定性，应当应用适当的稳定控制技术。

常见的稳定控制技术包括巷道增强技术、支护技术、加固技术、稳定技术、防治技术等。

巷道增强技术是指通过增加地表巷道的力学强度，使其更加稳定，常见的巷道增强技术有连续墙、不连续墙、夹层墙等。

支护技术是指把支护构件安装在巷道里，以防止岩石出现裂缝，提高深部极复杂软岩巷道的强度。

常见的支护技术有单搭锚、支护网、支护垫等。

加固技术是指对巷道墙体进行加固，以改善岩体的力学性质，加固技术有夹层注浆、初始张力注浆等。

稳定技术是指控制岩体的稳定状态，以防止岩体塌陷，稳定技术有稳固施工、局部增强施工等。

防治技术是指预防和化解巷道塌陷的技术，防治技术有岩爆、岩护、安全监测等。

3. 深部极复杂软岩巷道的稳定控制原则深部极复杂软岩巷道的稳定控制原则是根据巷道地质及巷道结构特点，结合围岩强度及稳定性的评价，合理选择稳定控制技术，以保证深部极复杂软岩巷道的安全及稳定性。

我国煤矿深部开采形势胡冲（湖南科技大学能源与安全工程学院采矿工程一班081010106）摘要：。

远在公元前500年左右的春秋战国时期，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石。

魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期为石炭，明朝始称煤炭，中国煤矿开采历史很久了。

改革开放以来，我国煤炭行业快速发展，在为中国社会、经济进步作出巨大贡献的同时，自身也得到了极大发展。

但是，目前来看，我国煤炭行业所面临的形势依然不容乐观，分析煤炭行业发展中所面临的问题，其中深部开采是最为突出的问题。

关键词：中国煤矿深部开采形势前言：我国采矿工作者一般把采深等于及大于800m的矿井称为深井。

深部矿井开采是我国煤矿井工开采面临的重大技术课题之一。

随着社会对煤炭需求量的日益增长，开采能力不断提高，开采深度不断增加是井工开采的必然趋势。

我国淮南、徐州、新汶、长广、开滦、北票、沈阳、鸡西、抚顺、峰峰、大屯、鹤岗、天府、通化、广旺、平顶山、水城、舒兰等矿区已经进入深部开采。

我国煤矿正在以每年8—12m的速度向深部延深。

因此可以预计，在今后10年内，现有的大部分矿井都将进入深部开采。

1. 1巷道围岩变形随开采深度增大,地应力显著增大,巷道周围应力增高，在浅部相对较硬的围岩,到达深部后为工程软岩, 表现出强烈的扩容性和应变软化特征[ 1], 巷道岩体强度降低,巷道与支护体破坏严重,特别是不良岩层巷道掘进与支护困难.据部分统计，深部巷道实际返修比例高达90%以上.不仅使巷道维护费用大大增加,而且造成矿井生产系统不畅,运输能力不足,风、水、电系统脆弱等一系列问题, 成为矿井安全生产的重大隐患. 具体表现在如下几个方面:1) 巷道变形速度快、变形量大, 底鼓严重。

深部高应力环境下, 岩体储备了较高的能量, 巷道开挖后的卸荷作用, 使岩体中积聚的能量在较短的时间释放出来. 深部围岩最大与最小主应力差有增大趋势, 如在范各庄800m深处地应力测量表明, 最大主应力为29.7, 6.6MPa, 主应力差高达23.1MPa,致使剪应力增大,加速围岩破坏。

湖南科技大学考试试题参考答案及评分细则（2007 -2008 学年第一学期）采矿学（1）课程（A卷）能源学院采矿工程系院（系）_________________ 班级应试学生人数____________ 实际考试学生人数 ___________ 考试时量100分钟命题教师____________ 审核人: __________ 考试时间：年月日3、井田开拓方式按井筒（硐）形式可分为立井开拓、.斜井开拓_、_平硐开拓_、—综合开拓__、—多井筒分区域开拓_。

4、综采工作面的割煤方式有单向割煤、切进刀。

5、液压支架的移架方式有依次顺序式、双向割煤两种方式，采煤机进刀方式常采用斜分组交错式、成组整体顺序式。

6、根据综采放顶煤工作面液压支架配套的刮板输送机台数和放煤口位置不同，综采放顶煤工作面液压支架可分为单刮板输送机高位放煤、双刮板输送机中位放煤和双刮板输送机低位放煤__三种类型。

7、煤矿生产必须编制和执行的三大规程：煤矿安全规程、程_。

8、当前开采技术条件下，从经济上合理和技术上先进考虑, 倾斜柔性掩护支架_采煤法。

—煤矿作业规程_、—煤矿操作规开采急倾斜特厚煤层多采用伪9、综采放顶煤工作面煤炭损失包括采煤工艺损失、10、开采煤层群时，各煤层的开采顺序有下行式、初采损失、末采损失、端头损失上行式两种，常采用下行式三、解释名词（每小题4分，共16 分）1、上山采区答：开采水平（标高）之上的采区。

2、矿井设计可采储量答：矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率的资源量。

29、放煤步距答：也叫循环放煤步距。

在工作面推进方向上，前后两次放顶煤之间工作面推进的距离。

30、房柱式采煤法答：在煤层内开掘一系列宽为5~9 m左右的煤房，煤房间用联络巷相连，形成近似于长方形的煤柱，煤柱宽度由数米至二十多米不等。

采煤在煤房中进行，短工作面推进，煤柱在煤房采完后，再将煤柱按要求尽可能采出。

称为房柱式采煤法。

湖南科技大学能源与安全工程学院《井巷工程》教案（1）课程名称《井巷工程》第一周第一次课教师姓名叶洲元职称讲师系采矿工程教学课时 2授课题目绪论第一章岩石性质与工程分级1、岩石的物理性质2、岩石的力学性质3、岩石的工程分级教学对象2003级采矿1班授课地点二教楼304 教学方式讲授本课重点、难点：1、岩石变形特征；2、岩石动力学性质；3、岩石工程分级。

教学目标：1、了解井巷工程知识涉及的内容和意义；2、了解岩石主要方面的性质，即物理性质、力学性质等；3、理解井巷工程施工与岩石工程分级的关系。

主要教学内容：绪论1、《井巷工程》涉及的主要内容：矿山建设：地质勘探：找矿，探明储量，赋存条件等。

计划性建设：采矿方法，地面设施的规划等。

实质性建设：地面设施（场地、办公等）的建设地下设施（通道、设备等）的建设——井巷工程井巷工程：从地面开始，开凿一系列的井筒、硐室及巷道等，其中包括巷道形状的设计、施工、组织管理等一系列的活动。

以前：采掘分离目前：混合式采掘分离采掘同步2、意义：以煤为主的能源结构采掘比例失调严重影响煤炭工业的正常生产与发展3、现状：井巷工程施工技术可分为：立井：1大型设备的应用：凿井绞车、提升机、凿井井架、钻架等2立井混合作业3质量提高、防腐技术、支护技术4特殊凿井方法：冻结法、沉井法、帷幕法平巷：机械化作业成巷技术支护技术大型设备、掘进机的应用斜井：机械化作业4、本书结构：第一章基础第七、八、九章特殊条件巷道施工第二章工具第十章立井设计与施工第三章平巷（斜巷）设计第十一章立井延伸第四、五、六章施工、组织管理第一章岩石性质与工程分级1、概述术语辨析岩块：从岩层中切取出来的较小块体岩体：岩层中较大范围内的自然地质体。

岩石：弱面：岩体中与所研究的岩体中岩块相比具有强度低，易变形的结构，主要有层理、节理、断面、裂隙面等。

表土：通常指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物，如黄土、粘土、流沙、淤泥等。

基岩：指表土以下的固结物。

矿山压力与岩层控制智慧树知到课后章节答案2023年下湖南科技大学湖南科技大学绪论单元测试1.矿山压力控制是指矿山压力作用的各种方法。

（）答案:减轻;利用;改变;调节2.冲击地压就是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中能量突然释放而产生的以急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。

（）答案:对3.矿井建设和开采中，只要发生过一次煤层冲击地压或岩层冲击地压就称该矿井为冲击地压矿井。

（）答案:对4.矿山压力及岩层控制课程属性与特色包括。

( )答案:采矿工程中的能量原理和动力现象;采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特征;采矿工程岩体结构的本质（复杂性）;采矿工程的移动特性5.岩石的主要特征包括矿物成份、结构、构造三个方面。

（）答案:对第一章测试1.岩石一般分为三大类。

（）答案:岩浆岩;沉积岩;变质岩2.岩体定义为自然界中由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体。

（）答案:对3.未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力。

（）答案:对4.原岩应力的分布规律有。

（）答案:最大水平主应力和最小水平主应力一般比值相差较大;平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小;实测垂直应力基本等于上覆岩层重量;水平应力普遍大于垂直应力5.影响支承压力分布的主要因素包括回采空间顶板管理方法（支撑状态）、回采空间尺寸及形状、顶板岩层及煤层岩性、采深、周围回采空间分布。

（）答案:对第二章测试1.悬臂梁假说是下列哪位学者提出的。

（）答案:吉里策尔2.直接顶初次垮落的标志是直接顶垮落高度超过1~1.5m，范围超过全工作面长度的一半。

（）答案:对3.老顶梁式结构形成O—X型破断。

（）答案:错4.老顶梁砌体梁结构失稳形式包括和。

（）答案:回转失稳;滑落失稳5.老顶梁砌体梁结构滑落失稳主要取决于老顶破断岩块的。

（）答案:高长比第三章测试1.老顶的周期来压步距相当于初次来压步距的。

（）答案:1/2~1/2.52.和是影响采场矿山压力显现最主要的两个因素。

巷道掘进时围岩稳定性控制研究摘要：目前，围岩结构承载模型局限于二维问题，围岩结构承载能力弱化研究局限于水化作用，围岩结构变形分析局限于结构体内本身的力学行为；从而提出从建立三向承载结构力学响应模型，量化围岩结构承载能力的多项弱化分析指标，建立含弱结构的煤层巷道数值分析模型，强化含弱结构承载能力 4 个方面来提高巷道围岩整体稳定性。

关键词：巷道围岩；稳定性；弱结构；控制引言巷道安全维护是保障现代化矿井智能精准开采的关键。

巷道围岩是一个整体，其稳定性取决于围岩强度、围岩应力以及支护强度，随着开采深度和开采强度的增加，巷道围岩结构的整体性面临严峻的挑战，局部弱结构或者局部结构弱化均会带来整体承载能力的下降，含有局部弱结构的岩体力学行为显著异于等强均质岩体的力学响应，极易导致支护体破断失效、大变形破坏、煤与瓦斯突出及冲击矿压等煤岩动力灾害。

揭示工程开挖等外界条件扰动弱化岩体的规律，掌握巷道围岩软弱岩体的分布规律、物理形态、力学行为、扩展规律对巷道围岩稳定性的影响机理可以为巷道围岩安全维护提供科学依据和技术保障。

基于此，就巷道围岩结构承载机理、巷道围岩结构弱化机理、巷道围岩大变形及其控制机理3 个方面做文献综述。

1巷道围岩结构承载机理研究综述1.1巷道围岩结构承载假说巷道围岩结构形成于工程开挖过程，受地质赋存特征、工程扰动强度、支护方式等的影响，很难通过统一的模型表达。

针对特定条件，经典的自然平衡拱假说、组合梁理论、大小结构承载理论、锚固体承载理论、分区裂化理论、松动圈理论、强-弱-强承载结构等。

1.2巷道围岩结构承载机理巷道围岩弱结构划分为岩性、几何和工程应力弱结构型，弱结构巷道损伤承载拱与承载墙的概念，较好的诠释了弱结构的分类和对围岩稳定性的影响程度。

但却重点放在了整层岩层弱结构对巷道稳定性的影响，对局部弱结构的量化研究不足，确定局部弱结构的几何尺寸、分布形态、穿层层位等极限值对指导巷道布置与支护具有较强的现实意义[1]。

推荐2017年度湖南省科技进步奖公示材料项目名称：复杂地质条件下极不稳定煤岩巷道围岩稳定性控制及成套技术推荐奖种：科技进步奖主要完成人：朱永建王斌王平张道兵余伟健袁越彭小跃唐鸿翔主要完成单位：湖南科技大学湖南黑金时代股份有限公司周源山煤矿重庆市巫山煤电有限公司推荐单位：湖南科技大学项目简介：本项目以复杂地质条件下极不稳定性煤岩巷道围岩稳定性与控制为主要工程背景，在国家自然科学基金、湖南省自然科学基金和湖南省科技计划项目等的资助下，通过大量理论分析和现场实践，与各矿山企业开展广泛合作研究，提出了新的巷道围岩分类方法和控制理论，发明了多种新型支护结构与锚固形式，开发了多种支护新方法及其施工器具与监测手段，进一步推动了复杂条件下矿山巷道围岩控制理论与技术的发展。

针对顶板岩层结构复杂的大跨度、超长巷道，根据复杂地质条件下的煤巷顶板围岩变化不确定性特点以及锚杆支护技术工程特性，确定了神东矿区锚杆支护煤巷顶板稳定性主要影响因素，在BP神经网络预测模型的基础上开发了神东矿区锚杆支护煤巷顶板稳定性分类软件系统，利用开发的软件系统对该矿区分矿井、分煤层、分区域进行了煤巷顶板稳定性分类；针对湖南煤业集团周源山煤矿和重庆市巫山煤电有限公司等矿井提出了综采大跨度回采巷道“锚杆-锚索”减跨支护技术和大断面切眼的支护方案。

结合高应力软弱煤岩体巷道围岩变形特点，提出了长、短锚杆等应力轴比承载拱强度理论，讨论了支护结构与围岩形成的承载共同体的大小和形状对深部软岩巷道稳定性的影响，开发了长、短锚杆支护技术，发明了一种用于全长锚固支护的协调变形和用于控制深部岩体的高效锚固吸能锚杆等锚固装置，该研究成果应用贵州兴义市凹子冲煤矿回风斜井等巷道。

为了提高构造带极不稳定松散围岩巷道的稳定性，重点研究了端面顶板冒落高度与各影响因素线性相关性，分析了构造带极不稳定松散围岩变形特点，提出全断面注浆设计和双液注浆技术等相关治理方案，开发了一种新型注浆锚索装置和具有自动推进功能的全断面封闭带预切糟U型钢支架及施工方法，该研究成果广泛应用于林东矿业集团泰来煤矿回采和运输等巷道。