第七章 巷道矿压显现规律
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第一节采煤工作面与采区巷道矿山压力显现规律及应用一、采煤工作面采动后压力显现的状况由于岩层本身的重量以及地质构造等因素,使岩体中存在有一定的应力,称之为原岩石应力,未经采动的岩体内原应力处于平衡状态。
工作面回采时,随着采空范围的增大,上覆岩层产生变形挠曲直至破坏冒落后,岩体内的应力将重新分布,并趋于新的平衡。
(一)开采后采煤工作面上覆岩层活动特征顶板岩层的垮落,首先在于顶板岩层的破断、而后在于破断岩块的失稳。
1、老顶的初次断裂老顶岩层悬露时的情况可近似地视其为“板”。
其四周的支承条件则决定于四周采空的情况及煤柱的宽度。
老顶岩层中,最大的弯矩绝对值发生在长周边的中点,即工作面中部上方顶板岩石中。
因而,顶板岩层达到极限垮落时,首先在工作面中部上方岩层中形成平行于工作面方向的裂缝。
其断裂过程,先由长边中间沿工作面方向向两端扩展,而后由短边中间沿煤柱向两端扩展,裂缝在拐角处呈弧形,形成贯通,老顶岩层中间部分形成X型破坏,随着破坏时岩块间的失稳状态,形成了对回采工作面空间安全上的不同威胁。
2、采煤工作面回采期间岩层移动的特点随着回采工作面的推进,老顶初次断裂后,上覆岩层也将逐步活动,上覆岩层的破坏状态可分为冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。
(二)采煤工作面矿山压力对采区巷道的影响采煤工作面开采中打破了岩石原有的平衡状态,同时也破坏了原有应力分布状态,从而使岩块冒落,或使开采空间处于高度应力状态。
1、采煤工作面周围支承压力分布采煤工作面在开采过程中,导致围岩内的应力不断地趋于新的相对平衡状态。
由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力,称作支承压力。
回采工作面支承压力,常以其分布的范围、形式和峰值大小表示其显现特征。
前支承压力(曾称移动支承压力)——指采煤工作面煤壁前方形成的支承压力,它随着工作面的推进而不断向前移动。
前支承压力作用时间较短,且位置不断变化。
回采工作面推过一定距离后,采空区的冒落矸石有松散状态进入压实状态,此时所形成的最高应力峰值,根据上覆岩层形成的结构状态,前支承压力峰值的位置可深入煤体内2~10m,其影响范围可达到工作面前方90~100m。
1、试述采区(采准)巷道矿山压力显现的基本规律图6 区段平巷围岩变形I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区V—二次采动影响区答:采区巷道从开掘到报废,经历采动造成的围岩应力重新分布,围岩变形持续增长和变化,以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例,围岩变形经历五个阶段。
(1)巷道掘进影响阶段I:煤体内开掘巷道后,巷道围岩出现应力集中,在形成塑性区的过程中,围岩向巷道空间显著位移,但随着巷道掘出时间的延长,围岩变形速度逐渐衰减,趋向缓和,所以该阶段矿山压力显现较弱,显现时间短。
巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
(2)掘进影响稳定阶段II:掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定,由于煤岩一般具有流变性,围岩变形会随时间而缓慢增长,但其变形速度会比掘巷初期要小的多,巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。
(3)采动影响阶段III:巷道受上区段工作面的回采影响后,在回采引起的超前移动支承压力作用下,巷道围岩应力再次重新分布,塑性区显著扩大,围岩变形显著增长。
巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。
(4)采动影响稳定阶段IV:回采引起的应力重新分布趋于稳定后,巷道围岩的变形速度再一次降低,但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度,围岩变形量按流变规律缓慢增长。
(5)二次采动影响阶段V:巷道受本段回采工作面的回采影响时,由于上区段残余支承压力,本区段工作面超前支承压力相互叠加,巷道围岩应力急剧增高,引起围岩应力重新分布,塑性区扩大,应力的反复扰动,使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
2、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律答:(1)煤体—煤体巷道服务期间内,围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。
由于巷道在采面后方已经废弃,巷道仅经历采面前方采动影响,围岩变形量比采动影响阶段全过程小的多,一般仅1/3左右。
1.什么是矿山压力和矿山压力显现?答:地下岩体被采动以前,在其自重的作用下形成的原岩应力是处于平衡状态的。
当在煤、岩体内开掘巷道或进行回采工作时,就会破坏原来的应力平衡状态,引起岩体内的应力重新分布。
这种由于矿山开采活动的影响,在巷硐周围岩体中形成的和作用于巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
由于矿山压力的作用在巷道、回采工作面引起的一系列力学现象,如围岩的变形或挤入巷道,岩体破坏、移动或冒落,煤体被压碎、片帮或突然抛出,支架的变形或破坏,充填物产生压实,岩层和地表的移动或塌陷等,这些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象,统称为矿山压力显现,简称为矿压显现。
第二章矿山岩体的原岩应力及其重新分布一、内容提要1 .岩体内原岩应力的概念岩体内形成原岩应力的主要原因有两种,由于岩体自重而引起的自重应力和由于地质构造运动而引起的构造应力。
自重应力是形成岩体垂直应力和水平应力的根本原因。
构造应力主要是指水平应力。
在矿山地质构造简单地区的岩体可能只有自重应力,在地质构造复杂地区的岩体中可能同时有自重应力和构造应力存在。
二、习题1.什么叫原岩应力状态,对原岩应力状态有几种假说?答:地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体叫做原岩。
原岩的原始应力状态。
原岩所处的应力状态叫做原岩的原始应力状态。
关于原岩的应力状态有两种假说:(1)弹性假说,认为岩体处于弹性状态,其受力与变形的关系附合虎克定律,在垂直应力作用下将在岩体中引起水平应力的作用,其侧压系数λ=0.25~0.43。
(2)静水应力状态假说,认为在地下深处的岩体由于长期的地质作用和岩石的拐变作向应力和垂直应力趋于相等,即侧压系数λ=1。
第三章 回采工作面上覆岩层活动规律及其分析一、内容提要1.老项岩层的梁式平衡回采工作面自开切眼向前推进一段距离以后,直接顶开始垮落,老顶悬露于采空区之上而未折断,类似于一端由工作面前煤壁支撑,另一端由边界煤柱支撑的两端固定的梁。
探析深井掘进巷道矿压的显现规律作者:朱华来源:《中国新技术新产品》2012年第19期摘要:深部开采巷道支护效果的好坏直接影响到矿井的安全高效,已成为深部开采能否顺利进行的主要制约因素之一,因此本文开展对深井巷道矿压显现规律的研究,以期能为后续类似条件的安全开采提供很强的保障。
关键词:深井;矿压显现;巷道中图分类号:TD32 文献标识码:A1概述随着浅部资源的日益减少,我国有越来越多的煤矿将进入深部开采。
深部复杂的地质条件和力学环境,使巷道围岩稳定性控制问题成为困扰煤矿安全生产和建设的主要难题之一。
就问题实质而言,深部与浅部的主要区别在于围岩所处的应力环境的差别,进而导致围岩强度和变形性质的明显差异。
下面以某煤矿地质条件下深部开采巷道为工程背景,开展深井巷道矿压显现规律研究,为该矿深部安全开采提供保障。
2地质概况某矿开采巷道埋深1030m,设计工程量350m,巷道断面形状为半圆拱形,巷道掘进断面22.44m2、净断面20.53m2。
巷道断面掘进宽度5.5m,净宽度5.2m,掘进高度4.5m,净高度4.1m,墙高1.75m。
3 矿压显现规律研究3.1模型建立根据某矿地质资料和巷道实际掘进情况,-1015轨道大巷主要处于太原组分界砂岩下部,地层走向60°,倾向330°。
煤岩层倾角23°,平均倾角约23°,地质构造简单。
巷道断面为半圆拱形,巷道掘进断面为22.44m2、净断面为20.53m2。
巷道断面掘进掘进宽度5.5m,净宽度5.2m;掘进高度4.5m,净高度4.1m,墙高1.75m。
巷道的埋深约为1030m,因此,模型上部施加垂直载荷,模拟上覆岩层的岩重,初始应力场的垂直应力为24.72MPa,水平应力为10.13MPa,模型侧面限制水平位移,模型底面限制垂直位移。
数值模型高34m,宽30m,长200m,如图1所示。
3.2方案实施分步加强联合支护流程为:初喷(20~30mm)→挂网、打设锚杆或架棚→架设梯子梁、打设锚索(滞后工作面10~20m)→复喷成巷→注浆(滞后60m)→二次喷浆,如图5-6所示。
采准(水平)巷道矿压显现规律一、巷道掘进阶段巷道掘进阶段破坏了原岩应力的平衡状态,引起了围岩应力重新分布,表现为围岩立即产生移动和变形。
但由于掘进巷道进队小范围岩体造成扰动,因而矿压显现不会很剧烈,并随着巷道的掘进,围岩应力分布趋向新的平衡,围岩移动速度也由剧烈、衰减而趋向稳定。
巷道掘进阶段矿压显现由剧烈专项稳定所经时间短者只有几天,而长者可达1—2个月,相应的掘进阶段引起的顶底板移近量差别也较大。
二、无采掘影响阶段此阶段的围岩移动主要是由于围岩在塑性状态下的流变所引起的,即变形量是时间的函数。
由于随时间增长变形的增量极为微小,一般顶底板一进速度较小,巷道基本上处于稳定状态。
三、采动影响阶段当采煤工作面接近该区域时,由于工作面前方及采空区两侧支承压力的影响,使围岩应力再次重新分布。
采动影响的全过程是由工作面前方开始,根据围岩性质、采深、煤层采厚等的不同,其超前影响距离由10m~20m至40m~50m不等,到工作面附近,采动影响表现剧烈,一般情况下峰值位于工作面后方5m~20m。
该处顶底板移动速度加剧,巷道断面急剧缩小,支架变形及折损严重。
当工作面推过40m~60m后,由于采空区上方岩层移动又趋于稳定,采动影响明显变小。
四、采动影响稳定阶段巷道围岩经受一次采动影响后,重新进入相对稳定阶段,故其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似。
进入采动影响稳定阶段的位置,有的从工作面后方50m~60m处即开始,但多数情况在100m~120m以远。
五、二次采动影响阶段处于采动影响阶段的巷道,在下去段回采时,此巷道又将受另一工作面开采支承压力的影响,从而引起围岩的进一步失稳与移动。
二次采动的时间和空间规律与一次采动影响类似,但由于是二次支承压力的作用,其剧烈程度与影响范围都会比一次采动时大。
由此可见,采区平巷沿走向方向在时间和空间上存在不同的矿压显现带,各带内巷道、顶底板移近速度和移近量所占比值的一般规律见下表1—1:根据采区平巷矿压显现规律的研究可知,回采工作面的影响是造成巷道变形破坏的主要原因。
矿压显现规律矿压是指地下矿井在开采过程中由于岩石层的变形和破裂所产生的应力状态。
矿压显现规律是指矿井在不同开采阶段、不同地质条件下,矿压的变化规律。
矿压显现规律对于矿井的设计、采矿方法的选择以及矿山安全管理具有重要意义。
下面将从不同的角度来探讨矿压显现规律。
一、地质条件对矿压的影响地质条件是影响矿压显现规律的重要因素之一。
不同地质条件下,矿压的变化规律也不同。
例如,在软弱地层中开采,由于地层的可塑性较大,矿压会表现出较为明显的显现规律。
而在硬岩地层中开采,则矿压显现规律相对较弱。
因此,矿压显现规律需要根据具体的地质条件进行分析和研究。
二、开采阶段对矿压的影响不同开采阶段对矿压的影响也是矿压显现规律的重要内容。
一般来说,矿压在采前、采中和采后都会有不同程度的变化。
在采前,矿压较小,主要受到地应力的影响;在采中,矿压逐渐增大,出现明显的显现规律;在采后,矿压又会逐渐减小。
因此,矿压显现规律需要考虑不同开采阶段的特点。
三、采矿方法对矿压的影响采矿方法也是影响矿压显现规律的重要因素之一。
不同的采矿方法对矿压的影响也不同。
例如,采用支架法开采时,可以有效地控制矿压的显现,减小矿岩变形和破坏。
而采用割缝法开采时,由于割缝面积较大,矿压显现规律相对较明显。
因此,在选择采矿方法时,需要考虑矿压显现规律的影响。
四、矿山安全管理对矿压的影响矿山安全管理对于矿压显现规律的控制和预测具有重要作用。
通过加强对矿山地质环境的监测和预测,可以及时发现矿压显现规律的变化趋势,采取相应的措施进行调整和控制。
同时,合理制定矿山安全管理措施,加强对矿压的监控和预警,可以有效地提高矿山的安全性和生产效率。
总结起来,矿压显现规律是矿井开采过程中矿压变化的规律。
地质条件、开采阶段、采矿方法和矿山安全管理都对矿压显现规律产生影响。
了解矿压显现规律,可以为矿井的设计和采矿方法的选择提供科学依据,同时也可以提高矿山的安全性和生产效率。
因此,对于矿山工作者来说,深入研究和了解矿压显现规律具有重要的实际意义。
综述与专论2019·0825当代化工研究Modern Chemical Research综采工作面回采巷道矿压显现规律分析*李洪伟(阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司 山西 045000)摘要:为了深入研究在工作面回采过程中巷道两侧的矿压变化规律,本文以某煤矿6208工作面为研究对象,对巷道的帮部和顶板的位移变形量、顶板的离层量以及巷道的应力值进行了现场监测,研究表明巷道的变形量和应力值与测点与工作面距离有关,在工作面距离测点65m处时,变形量和应力值均会开始突然增大,当距离达到22m时,应力值达到最大值。
同时,研究得出62081巷道受采动影响比62082巷道更大。
关键词:回采工作面;变形量;离层量;应力值中图分类号:T 文献标识码:AAnalysis on the Law of Mine Pressure Appearance in Remining Lane of ComprehensiveMining SurfaceLi Hongwei(Yangquan Nanzhuang Coal Group CO., LTD., Shanxi, 045000)Abstract :In order to study the change of mine pressure on both sides of the roadway during the remining process, 6208 working face of a coalmine was taken as the research object. The displacement and deformation of the upper part of the roadway and the top plate were monitored on the spot. The study showed that the deformation and stress value of the roadway are related to the distance between the measuring point and the working surface. When the working surface is 65 M away from the measuring point, Both the deformation amount and the stress value will begin to increase abruptly. When the distance reaches 22M, the stress value reaches a maximum value. At the same time, it is found that the impact of mining on the 62081 roadway is greater than that of 62082 roadway.Key words :rework face ;deformation ;off-layer quantity ;stress value引言我国是一个能源大国,而煤炭则是中国能源结构中的主力军。
巷道受采动影响巷道矿压显现规律一、巷道位置类型根据巷道与回采空间相对位置及采掘时间关系不同,巷道位置分为以下几种类型:(1)本煤层巷道(2)位于回采空间所在层面下方的巷道称为底板巷道,位于回采空间所在层面上方的巷道称为顶板巷道。
(3)厚煤层中、下分层以及相邻煤层中的煤层巷道,有可能同时受到本分层和上分层以及相邻煤层回采工作面的采动影响。
二、区段巷道的位置和矿压显现规律(一)区段巷道的布置方式根据区段回采的准备系统,区段巷道可分成三种布置方式。
(1)煤体-煤体巷道(图6-7Ⅰ)。
(2)煤体-煤柱(采动稳定)巷道(图6-7Ⅱ1);煤体-煤柱(正采动)巷道(图6-7Ⅲ1)。
(3)煤体-无煤柱(沿空掘进)巷道(图6-7Ⅱ2);煤体-无煤柱(沿空保留)巷道(图6-7Ⅲ2)。
图6-7 区段巷道布置方式示意图a—煤柱护巷;b—无煤柱护巷(二)区段巷道矿压显现规律(1)煤体-煤体巷道服务期间内,围岩的变形将经历三个阶段,即巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段和采动影响阶段。
(2)煤体-煤柱或采空区(采动稳定)巷道服务期间,围岩变形经历巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段和采动影响阶段(工作面前方采动影响)。
但巷道整个服务期间内,始终受相邻区段采空区残余支承压力影响,三个影响阶段的围岩变形均大于煤体-煤体巷道。
(3)煤体-煤柱或无煤柱(正采动)巷道服务期间,围岩的变形将经历全部的五个阶段。
围岩变形量远大于煤体-煤体巷道和煤体-煤柱或无煤柱(采动稳定)巷道。
(三)厚煤层中下分层区段巷道布置和矿压显现规律中、下分层巷道如果位于上分层一侧已采的煤体附近,上分层煤体的支承压力,对下部分层巷道会产生一定影响。
它的影响程度与巷道和上分层煤体边缘之间的水平距离有关。
一般情况下,水平距离超过2m影响已不明显。
中、下分层巷道如果位于上分层两侧均已采空的煤柱附近,由于受到上分层煤柱支承压力叠加的强烈影响,围岩变形显著。
为了改善这种巷道的维护,要求巷道与上分层煤柱边缘保持的5~10m的水平距离。
分层综采巷道布置及矿压显现规律[摘要]:随着世界新技术革命的发展,发达国家综采机械化生产技术及装备有了突破性进展。
新一代机电一体化、智能化的重型采掘运输设备相继问世,并得到了广泛应用,煤矿生产出现了一矿一面、两面。
日产万吨、超万吨的高产高效、集约化生产模式,煤矿生产状况发生了根本性变化。
以练采技术发展为基础形成的煤矿技术进步和生产变革已经成为世界采煤业的潮流。
[关键词]:分层综采巷道布置回采平巷0 前言采区足矿井最基本生产单元,采区参数是否合理对矿井的生产管理、采区的正常接替和均衡生产,以及对改善矿井技术经济指标等方面都具有很大的影响,在阶段内划分采区时,采区主要参数受地质构造和技术经济因素的影响。
1 分层综采采区主要参数1.1采区走向长度采区走向长度是确定采区范围的一个重要参数,需要根据煤层地质条件、开采机械化水平、采准巷道布置方式和可能取得的技术经济效果综合决定。
加大采区上向长度可以相对减少采区上(下)山、采区车场和硐室的掘进工程量,减少上(下)山煤柱、区段煤柱的损失。
减少回采工作面搬家次数,同时增加采区储量和服务年限,有利于保持合理的工作面错距,增加同采工作面数目和采区生产能力;有利于采区和矿井的合理集中生产。
因此,采区走向长度耍根据矿并的具体条件加以分析确定。
1)地质因素煤层的地质构造、如断层、褶曲以及煤层倾角或厚度的急剧变化等地质冈素,对采区走向长度有重要的影响。
回采工作曲通过这些地带,既困难又不安全。
2)技术因素技术上的因素主要考虑区段巷道的运输、掘进和供电等问题。
区段平巷一般铺设胶带输送机,一台胶带输送机长度可达500~1000m,可根据区段平巷的长度铺设多台输送机。
区段平巷采用单巷掘址时,一般通风距离可达到1000m;如采区走向超过1000m时,需要在工作开中切眼或选用大功率局部通风机,解决掘进时的通风问题。
3)经济因素在经济上来取走向长度的变化。
将引起巷道掘进费、维护费、设备安装费相对变化。