89-30-永久煤柱下巷道围岩稳定性及控制技术分析-2016年第3期

煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策煤矿深部岩巷作为煤矿通风、支护等重要设施，与矿井的安全生产息息相关，稳定性直接关系到矿井的生产效益。

然而，由于矿井条件差异大，岩层结构复杂，存在多种因素导致岩巷岩石变形和破坏，因此对岩巷围岩的稳定研究和支护设计尤为重要。

一、岩巷围岩稳定性分析1、围岩物理力学特性首先参考实际岩巷中的围岩物理力学特性进行分析。

围岩物理力学特性包括:岩石的力学参数(包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等)、实际受力状况(包括矿压状态、应力分布等)和岩石的物理特性(包括吸湿性、变形性等)。

2、围岩的结构特点其次分析岩巷围岩的结构特点，主要指影响围岩稳定性的地质构造和构造面、断层等结构因素。

常见的地质构造有褶皱、节理、逆断层、正断层等，这些结构在岩巷开挖过程中容易引起围岩分层、裂隙和破碎等;此外，断层的存在会引起矿区应力集中，加剧岩巷围岩的破坏。

3、外力因素的影响外力因素主要指煤炭层及覆岩的厚度、坚硬程度、断层、构造等因素及开挖方式、支护方式等因素对岩巷造成的影响。

这些因素直接影响岩巷的开挖及支护难度、围岩的破裂及移动情况。

综上，只有通过对围岩物理力学特性、围岩结构特点及外力因素的影响等因素进行详细的分析，才能确定出相应的围岩稳定性评价和支护对策，从而使岩巷得到稳定和安全地运行。

二、岩巷围岩支护设计岩巷围岩支护的核心在于理顺围岩与支护之间的力学关系，即通过支护手段减少围岩应变能，控制岩石变形，以维护岩巷的稳定从而保障煤矿安全生产。

1、支护模式的选择支护模式需要根据开采条件、矿岩石性质及其变形规律而定，常见的支护模式有锚杆支护、喷锚支护、锚网支护、聚合物支护等，其中锚杆支护是诸多岩巷支护模式中广泛采用的一种方案。

2、支护策略的选取对于岩巷围岩破裂和移动情况不同的部位，需要采用不同的支护策略。

这些策略包括: 优化锚杆布局、增加支撑杆数量及密度、加强岩石的极限支撑能力、选择合适的注浆材料等，结合岩巷所处的实际环境和矿压情况进行综合分析，从而实现围岩稳定的目的。

③ 增加围岩强度可以显著减小巷道围岩的位移
综合考虑可靠性、经济性和使用方便。
三、用工字钢、U型钢、废钢轨等各种钢材加工的支架)
锚杆及其与其他形式组合的联合支护(包括锚梁、锚网、锚喷，锚注等)
① 1945~1950年，机械式锚杆研究与应用；
（四）、巷道支护理论学说
悬吊理论 锚 杆 传统学说 组合梁理论 组合拱理论 围岩强度强化理论 刚性梁理论 近代学说 锚固平衡拱理论 最大水平应力理论
支
护 理 论
巷道围岩稳定性及控制技术
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标
对于煤层巷道而言，采动影响主要有两个方面，即本区段的采动影响 和相邻区段的残余采动影响。
① 本区段的采动影响：指因本
区段工作面回采引起的超前支 承压力的影响。在工作面的正 常推进过程中，由于采煤工作 面的大面积回采，工作面前方 煤体上形成了很大的超前支承 压力作用，这个超前支承压力 的影响是煤层巷道在整个服务 期间内围岩变形和破坏的主要 原因。
沿工作面推进方向的超前支承压力分布示意图
二、巷道围岩稳定性评价
（一）、巷道围岩稳定性影响因素分析及分类指标确定
超前支承压力的分布与工作面老顶运动状态密切相关，井下实测资料 表明，直接顶厚度与采高的比值 N可以反映老顶的来压强度，即在同样的 老顶条件下，N值越大，老顶来压强度越小；反之，老顶来压强度就越大。 因此，可以利用N来反映本区段超前支承压力的影响。
⑥ 1990~2000年，以螺纹钢锚杆为代表的锚杆加之长锚索得到了广泛应用；
⑦ 2000~至今，以高强、高预应力锚杆及锚索得到了广泛应用。
钢筋(或型钢)混凝土支架 少量的不支护巷道
三、巷道支护机理

01
围岩稳定性是指在巷道周围岩体 在一定条件下保持其完整性和稳 定性的能力。
02
围岩稳定性分析是评估巷道周围 岩体在各种因素影响下可能发生 的变形、破裂和失稳等行为，从 而为巷道支护和安全提供依据。
影响围岩稳定性的因素
01
02
03
04
地应力
地壳中的应力场对围岩稳定性 产生影响，包括原岩应力和构
造应力等。
性，降低工程成本。
技术先进
积极采用先进的支护技 术、材料和工艺，提高
支护效果。
环保节能
支护材料应尽量选择环保 、可回收利用的，减少对
环境的破坏和污染。
常用支护方式
木支护
以木材为材料，常用坑木、方 木或原木作为支柱和横梁。
金属支架
采用钢材制作，包括钢拱架、 梯形支架等。
混凝土支护
利用混凝土浇筑或喷射，形成 坚固的支护体。
锚杆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ护
通过在岩体中打入锚杆，利用 锚杆的锚固力来稳定围岩。
支护效果评估
定期监测
对巷道围岩支护进行定期监测，记录围岩变 形、位移等数据。
安全评估
根据监测结果，对巷道的安全状况进行评估， 及时发现潜在隐患。
数据分析
对监测数据进行整理、分析，评估支护效果 及围岩稳定性。
优化设计
根据监测和分析结果，对支护设计进行优化 改进，提高支护效果。
巷道围岩稳定性及控制技术ppt课 件
目 录
• 引言 • 巷道围岩稳定性分析 • 巷道围岩控制技术 • 工程实例分析 • 结论与展望 • 参考文献
01 引言
主题简介
巷道围岩稳定性
主要研究巷道周围岩石的稳定程 度，包括岩石的物理性质、应力 分布、位移变形等因素。

围岩与锚杆相对位移示意图
单根锚杆的锚固作用机理
三、巷道支护机理
根据以上基本方程，分别考虑有托盘锚杆和无托盘锚杆与围岩相
互作用的边界条件，利用MATHCAD软件解出锚杆表面的剪应力及锚
杆的轴向正应力分布： ① 无托盘锚杆轴向力学作用分析
无托盘锚杆表面剪应力分布
无托盘锚杆轴向正应力分布
单根锚杆的锚固作用机理
单根锚杆的锚固作用机理
(1) 锚杆轴向力学作用理论分析
三、巷道支护机理
为研究单根锚杆的轴向力学作用，从 锚杆中取出一个单元体来研究，根据单元 体的平衡条件：
锚杆本身的平衡条件：
锚杆结构及单元体受力分析示意图
对于以砂浆、速凝水泥或树脂作为锚固
剂的胶结式锚杆，粘结剪应力同锚杆杆 体与围岩之间的相对位移成正比 ：
② 有托盘锚杆轴向力学作用分析
三、巷道支护机理
锚杆表面预剪应力分布
锚杆轴向预应力分布
群锚系统的锚固作用机理
三、巷道支护机理
群体锚杆的支护作用不只是单根锚杆作用的简单线性叠加，而是一个 整体支护结构的作用。影响群体锚杆支护作用的一个最根本的客观因素是 巷道的围岩状态，在不同的巷道围岩状态下，锚杆支护具有不同的作用机 理。因此，分析群锚系统的锚固作用机理时应考虑与巷道的围岩状态相结 合，即研究在不同的围岩条件下，群锚系统是如何与围岩共同组成一个锚 固结构的，以及锚固结构是如何保持自身的稳定并且对其外围岩体发挥承 载作用的。 此外，理论研究的成果以及井下的实践均表明，护表构件以及预应力 是影响群体锚杆支护效果的两大关键因素，对于充分发挥群体锚杆支护系 统的主动、及时支护能力，提高巷道的支护质量具有十分重要的作用，因 此分析群体锚杆支护系统的护表构件效应以及预应力效应将是进一步研究 支护系统形成的锚固结构效应的一个前提，对于深入理解群体锚杆支护系 统的锚固作用机理具有十分重要的意义。

巷道围岩稳定性及控制技术综述
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》篇一一、引言在煤炭开采过程中，柱旁充填煤充结构体的稳定性对于保障矿井安全和提高煤炭开采效率具有重要意义。

然而，由于地质条件、采矿方法、充填材料等多方面因素的影响，柱旁充填煤充结构体常常出现失稳现象，对围岩稳定性造成严重影响。

因此，研究柱旁充填煤充结构体失稳机制及其对围岩稳定性的影响，对于指导煤炭开采、保障矿井安全具有重要意义。

二、柱旁充填煤充结构体失稳机制（一）地质因素影响地质因素是影响柱旁充填煤充结构体稳定性的主要因素之一。

地质构造、岩层产状、地层压力等因素都会对充填体的稳定性产生影响。

例如，地质构造复杂地区，充填体易受构造应力影响而发生变形、破裂，导致失稳。

（二）采矿方法及充填材料影响采矿方法和充填材料的选择也会对柱旁充填煤充结构体的稳定性产生影响。

不合理的采矿方法会导致围岩应力重新分布，使得充填体受到不均匀的应力作用，从而发生失稳。

而充填材料的性能、配比等也会影响充填体的强度和稳定性。

（三）时间效应影响随着时间的推移，柱旁充填煤充结构体会受到地压、地下水、化学腐蚀等多种因素的影响，导致其性能逐渐降低，从而发生失稳。

三、对围岩稳定性的影响（一）围岩变形与破坏柱旁充填煤充结构体失稳后，会导致围岩应力重新分布，使得围岩产生变形、破裂甚至坍塌。

这种变形和破坏会进一步影响周围岩体的稳定性，甚至可能引发更大的地质灾害。

（二）矿井安全风险增加柱旁充填煤充结构体失稳不仅会影响围岩的稳定性，还会增加矿井的安全风险。

一方面，失稳的充填体会对矿井内的设施、设备等造成损坏；另一方面，由于围岩的变形和破裂，可能导致矿井内部出现裂缝、空洞等危险源，威胁矿工的生命安全。

四、研究方法与成果（一）研究方法针对柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究，可以采用理论分析、数值模拟、现场观测等方法。

其中，理论分析主要用于探讨失稳机制及影响因素；数值模拟可以用于模拟实际工程中的情况，预测可能出现的失稳现象；现场观测则可以用于验证理论分析和数值模拟的结果。

煤矿深部岩巷围岩的稳定与支护技术分析文章分析了煤矿深部岩巷围岩稳定和支护的现状，探析了提高煤矿深部岩巷围岩稳定性的支护技术，以供参考。

标签：煤矿；深部岩巷围岩；稳定与支护技术1 前言煤炭资源作为一种重要的能源资源，社会需求量巨大，随着煤炭资源的开采，浅部资源逐渐的枯竭，煤炭开采工作逐渐的向深部延伸。

随着煤矿开采深度的增加，矿井地质条件越来越恶化，涌水量增加、地应力增大、破碎岩体增多，导致深部岩巷围岩的稳定和支护难度增加，同时还会增加生产成本，如何处理煤矿深部岩巷围岩稳定和支护问题，已经成为困扰众多煤矿企业的难题。

因此，文章针对煤矿深部岩巷围岩稳定和支护技术的研究具有非常重要的现实意义。

2 煤矿深部岩巷围岩稳定和支护的现状分析煤炭自身所处地层之下，随着矿井深度的不断延伸，并且在开挖的过程中会对围岩的稳定性产生一定的影响，必须采用有效的支护技术进行处理。

但是，通过对现阶段出现的众多深部围岩支护理论进行研究和分析，这些理论存在许多问题，并不能够准确的揭示深部岩巷围岩变形以及破坏机理，采用的多种支护方式或者技术，也不能够起到有效的支护作用，在深部矿井高地压的作用下，很容易导致巷道出现破坏、变形等问题，甚至导致巷道出现坍塌事故，必须对支护形式进行实时的监控，一旦发现问题进行及时的维护和翻修，但是这样会大幅度的增加支护成本，还会降低煤矿开采进度，影响煤矿企业的采煤量和经济效益。

3 提高煤矿深部岩巷围岩稳定性的支护技术分析随着煤矿开挖深度的增加，围岩自身的受力状况发生巨大的变化，巷道不同位置围岩的压力状况、应力状况都存在一定的差异，为了保证煤矿深部岩巷围岩的稳定性，应该采取多种支护技术，以此提高围岩自身的承载力和强度，防止围岩出现失稳或者坍塌的现象。

3.1 锚杆支护技术传统的锚杆支护原理包括加固拱、组合梁、悬吊等原理，笔者通过实际测量和数值计算，对深部岩巷围岩变形的冲击性、扩容性以及流变性等进行分析，然后采用合适的锚杆支护技术进行加固。

煤矿巷道掘进围岩变形及稳定性分析摘要：巷道作为矿山开采的主要载体之一，其数量和长度逐年增加。

巷道由于其特殊的工作目的，属于深埋于沉积岩地层中的地下工程，不同于地面工程。

地下深部围岩变形大，稳定性差。

巷道掘进工作面围岩的稳定性会受到多种因素的影响。

因此，在煤矿巷道掘进过程中围岩的变形与稳定性监测具有十分重要的意义。

一是要保证巷道的绝对安全，这就需要支护达到理想效果；二是尽可能地保证掘进速度，达到节约成本的目的。

本文对煤矿巷道掘进围岩变形及稳定性进行了分析，为工程安全建设提供支撑与参考。

关键词：煤矿巷道掘进;围岩变形;稳定性引言由于采矿巷道在开采影响下会发生变形和破坏，难以维持。

因此，煤矿在巷道开采过程中一般选择避免相邻工作面开采影响，即在相邻工作面开采完成后，等待采空区上覆岩层的运动趋于稳定。

再开始掘进下区段回采巷道。

但某些矿井由于采掘关系安排不当，特别是单翼采区布置时需在邻近工作面回采的同时掘进下一工作面回采巷道。

为了保证采掘工作顺利接续，回采工作面和巷道掘进“相对而行”的情况越来越频繁。

在对采对掘普遍出现的环境下，迎采巷道围岩变形失稳，锚杆和锚索支护部分失效，围岩控制更为困难，严重影响矿井的安全高效生产。

1变形机制（1）岩体的重力应力。

随着隧道深度的增加，岩体中储存的内部弹性能也增加。

巷道开挖时，围岩应力状态受到扰动，稳定的三维应力场变为不稳定的二维应力场，释放出巨大的应变能，导致巷道变形破坏。

特别是对于深软岩巷道，这种情况更为明显。

围岩的埋深对巷道的变形影响很大，如果不及时采取有效的支护措施，可能会因变形过大而导致巷道不稳定，造成破坏。

（2）地质条件。

巷道的稳定性不仅取决于岩石本身的强度，更重要的是取决于巷道的地质条件，这包括岩体的发育情况、地下水等。

一般来说，围岩的地质结构越发育，围岩的完整性就越差。

（3）巷道开挖的方式。

巷道掘进采用钻爆法，爆破作用下使得围岩松动破碎，导致巷道浅层围岩周围出现一定范围的松动圈。

两帮Ⅲ类锚固结构的挤压 加固墙示意图
用原理来设计两帮的锚固结构。
四、巷道支护设计
锚杆支护设计方法
目前国内外的巷道支护设计方法大体上分为三类：工程类比法、理论 计算法和数值模拟法。 工程类比法指根据已有的巷道工程，通过类比提出新建工程的支护设 计或者通过巷道围岩稳定性分类提出支护对策，并采用相应的经验公式确 定支护参数。 理论计算法是基于某种支护理论，如锚杆支护的悬吊理论和组合梁理 论等，通过计算得出支护参数。 随着数值计算方法在采矿工程中的大量应用，采用数值模拟法进行支
(a) 断面图
(b) 走向剖面图 顶板Ⅲ类锚固结构的预应 力加固拱作用机制
群锚系统的锚固作用机理
(3) 群锚系统的锚固结构效应 ② 两帮锚固结构的特征与作用机理
Байду номын сангаас
三、巷道支护机理
Ld 400mm
400mm Ld 2400mm
Ld 2400mm
两帮围岩松动破碎区分类
群锚系统的锚固作用机理
三、巷道支护机理
两帮Ⅲ类锚固结构的特征与作用机理： 巷道两帮Ⅲ类松动破碎区围岩的破裂范围很大， 围岩破碎区中的剪胀变形十分剧烈，破碎区围岩的 剪胀变形压力将是巷道两帮Ⅲ类松动破碎区围岩的 主要支护载荷。同时，由于两帮围岩的破坏区域已 经超出了可锚固的范围，因而两帮的“悬吊”理论 不再适用，这种情况下，同巷道顶板Ⅲ类松动破碎 区的围岩相类似，对两帮松动破碎区的围岩应考虑 利用预应力加固拱的理论以及支护与围岩的共同作
群锚系统的锚固作用机理
(2) 群锚系统的锚固结构效应 ② 两帮锚固结构的特征与作用机理
三、巷道支护机理
两帮Ⅱ类锚固结构的特征与作用机理： 与巷道顶板Ⅱ类松动破碎区的围岩类似，两帮Ⅱ类松动破碎区围岩的破坏 范围不是很大，且可忽略作用于支护系统的剪胀变形压力的影响。这样，根 据土力学中的挡土墙理论可知，由破碎区围岩产生的而作用于支护系统的 “主动土压力”将是巷道两帮Ⅱ类松动破碎区围岩的主要支护载荷。此时可

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
巷道围岩稳定性及控制技术
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的பைடு நூலகம்人才能 所向披 靡。

棚支 护基 础上 ， 采用注 浆加 固围岩 ， 运用 预应 力锚索 对支架 薄 弱环节 进行结 构补 偿 ， 实 现棚 索协 同支护 ， 能够有 效控 制此 类巷道 的强 烈变 形 。
参 考 文 献
量４ Ｏ
血Ｉ １ ３ ０
２ ０
暄 懈 １ Ｏ
［ １ ］ 阎德 广， 王根 东． 深井孤 岛煤柱 下工作 面跨 采巷道峒 室变形预
全 断 面收缩 。 ２ ． ２ 支护失 稳原 因分析
２ ． ２ ． １ 巷道 围岩 强度低
１ 工程 概 况 许 疃煤矿 一５ ０ ０ １ ＂ １ １ 水 平 轨 道 石 门是 矿 井 一５ ０ ０
ｍ水 平 的主要 开拓巷 道 ， 担负矿 井进 风 、 运料、 排矸 、 排水 及 行 人 等 多项 任 务 。 随着 上 覆 煤 层 的不 断 回 采， 在 一５ ０ ０ Ｉ Ｔ Ｉ 水平 轨 道 石 门 上方 形 成 许 多不 规 则 孤 岛煤 柱 ， 如图 １ 所示。
。
图 １ —５ ０ ｏ ｉ ｎ水 平 轨 道 石 门位 置 示 意
由于 一 ５ ０ ０ ｍ水 平 轨道 石 门为 穿 层 巷 道 ， 与 煤
受 煤柱 高支 撑 压 力 影 响 ， 一５ ０ ０ ｉ ｎ水 平 轨 道 石 门变形 强烈 ， 经反 复扩 修 ， 仍 不能 有效保 证使 用 。 目
摘
要
针 对许 疃 煤矿 ７ ２采 区存在许 多不规 则孤 岛煤柱 的情 况 ， 分析 了上覆 煤层孤 岛煤柱 对
近距 离底板 巷道 围岩稳 定性影 响规律 。在此基 础上 ， 提 出适合 此类巷 道 的高 强稳 定 型支护技 术 ， 并 进 行 了现场 工业试 验 。采 用钻 孔窥视 的方 法 ， 对 围岩注浆 效果进 行检 测 ， 并且通 过对 试验巷 道 围岩

在最大水平应力作用下，巷道顶底板岩层会发生剪切破坏，出现剪切膨胀，造 成围岩膨胀、变形。锚杆的作用即是约束岩层沿锚杆轴向的剪切膨胀和垂直于轴向 的剪切错动，因此要求锚杆必须具备强度大、刚度大、抗剪能力强，才能起到上述 两方面的约束的作用。
该理论认为：在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩 层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的 作用将表现在两方面：一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止 岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间 的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层 锁紧成一个较厚的岩层，即组合岩梁。
明显效果，但当围岩产生塑性破坏后，对提高围岩的残余强度及承载能力有显著效
果；锚杆与其锚固范围内的煤体构成一种组合型的锚固支护体，在锚杆的约束与抗
剪作用下，使塑性破坏后易于松动的煤体或煤顶形成具有一定承载能力，并可适应
围岩变形的平衡拱，从而提高了煤体的整体性，防止顶煤松散冒落，锚固平衡拱内
存在着关键承载环，对巷道顶板可起到有效的支承作用。全长锚固锚杆的作用就是
稳定岩层
软弱岩层
虽然悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用，但在分析过程中不考虑围岩的自 承能力，而且将被锚固体与原岩体分开，这与实际情况有一定差距。如果顶板中 没有坚硬稳定岩层或顶板软弱层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到 上面坚硬岩层或者未松动岩层上，悬吊理论便不适用。
组合梁理论
三、巷道支护机理
度和较高的强度，其厚度越大，越有利于围岩的稳定和支承能力的提高。
锚杆作用角
组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作 用机理，但在分析过程中没有深入考虑围岩－支 护的相互作用，只是将各支护结构的最大支护力 简单相加，从而得到复合支护结构总的最大支护 力，缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步分 析探讨，计算也与实际情况存在一定差距，一般 不能作为准确的定量设计，但可作为锚杆加固设 计和施工的重要参考。

目前，已取得的巷道支护理论及设计方法的研究成果对巷道支 护工程实际发挥了有益的作用，但是现行巷道支护理论还存在许多 矛盾和不完善的地方，巷道支护设计很大程度上还停留在工程类比 的经验层次上，理论计算和数值模拟往往只能起到一定程度的参考 作用，难以满足工程的实际需要。为进一步发展和完善巷道支护理 论，使理论能够正真科学、准确的用于指导工程实践，还需要开展 大量的工程试验和理论研究工作。 为提高矿井支护安全可靠性，更有效回收煤炭资源，霍州煤电集 团有限责任公司与中国矿业大学联合提出了《巷道围岩稳定性评价及 控制技术研究》，开展了大量的应力实测及围岩物理力学性质测试， 对各矿巷道围岩稳定性进行系统分析评价，提出了相应的控制措施， 并建立了各矿巷道围岩稳定性控制专家系统，使各矿有针对性的选择 最优的支护方案和支护参数，以达到有效控制巷道围岩变形的目的。
论计算所需要的若干参数还难以准确获得。最根本的是，理论计算法的重要特
点是对现有锚杆支护机理的理论和学说的高度依赖性。而这些理论和学说譬如 悬吊理论、冒落拱理论、组合梁理论等都是在一定条件下提出的，在分析过程 中，不考虑支护－围岩的相互作用，因而都有各自固有的局限性，因此，通过 理论计算法给出锚杆支护参数的解析解的前景是暗淡的，近期内无法使锚杆支 护设计真正达到科学化、定量化。
动圈越大，破裂岩体的碎胀力越大，巷道支护越困难，反之亦然。经过大量的
现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相互关系的研究之后，根据松动圈的 大小将巷道围岩分成小松动圈、中松动圈、大松动圈三大类，据此提出了相应 锚喷支护类型建议及参数计算原则。
四、巷道支护设计
锚杆支护设计方法
工程ห้องสมุดไป่ตู้比法主要存在问题：
工程类比法具有很强的针对性，若能选取合适的样本工程，类比分析恰 当，则能够获得较好的设计结果。然而在现场工程实践中，由于地质条件复 杂多变，现场设计人员受个人工作环境和性质及其它客观条件的限制，其类 比范围十分有限，往往难以获取合适的样本工程，同时，由于类比分析主要 是定性分析，分析结果取决于设计人员的知识、工程经验和对目标工程的认 识程度，因而主观因素影响颇大。

第20卷第3期徐州工程学院学报2005年6月V o l.20N o.3Jou rnal of Xuzhou In stitu te of T echno logy JUN12005巷道围岩稳定性分析研究的现状与存在问题张里程(徐州矿务集团有限公司,　江苏　徐州　221000) 【摘　要】　实践证明:巷道围岩稳定性是由围岩的工程地质特征、地应力和支护控制技术决定的1故而,分析了影响围岩稳定的主要因素、所存在的主要问题及研究发展方向1【关键词】　围岩;稳定性;现状;问题【中图分类号】　TU457　【文献标识码】A【文章编号】167320704(2005)0320030204A Research on the Presen t Cond ition and Ex isti ng Problem si n the Study of the Stab il ity of Tunnel W a ll RockZHAN G L i2cheng(Xuzhou M ining Co.L td.,Xuzhou,221000,Ch ina) 【Abstract】　A s w e can conclude from p ractical exp eriences,the stab ility of tunnel w all rock is determ ined by geo logic quality,ground stress and ti m bering techno logy.T h is p ap er analyzes som e m aj o r facto rs that affect the stab ility of w all rock.M eanw h ile,th is p ap er m akes an investi2 gati on in to som e ex isting p rob lem s,and then it p ropo ses som e developm en tal directi on s.【Key words】　w all rock;stab ility;RQD;p resen t conditi on;p rob lem s通常意义上说,地下工程的稳定性是指妨碍生产使用或安全的失稳围岩破坏或过大变形的现象,例如,顶板塌落、边墙挤入、底板隆起、围岩开裂、突发岩爆失稳等.但是,从地下空间的类型来看,由于使用的要求和标准不同,对地下围岩稳定性的要求也不尽相同,稳定性的意义也就会有差异.从根本意义上说,影响围岩稳定性的根本因素是围岩属性及其所处的工程地质环境的特点.具体有三种情况:一是围岩的物理力学性质所处的工程环境,受围岩的裂隙发育情况及有无软弱面发育影响;二是地应力的影响;第三是围岩控制技术.目前,围岩稳定性分析方法主要有块体理论分析法、实验室分析法、模型试验法、工程类比法和数值分析法.1　巷道围岩稳定性分类的发展巷道围岩稳定性分类是对巷道围岩质量和稳定性进行综合评价的一种简单迅速的基本方法,是地下工程设计中必不可少的一部分,也是矿山建设投资的重要依据,是现场进行科学管理与正确评价经济效益的有力工具.巷道围岩稳定性分类的发展,归纳起来可认为经历了以下四个阶段:经验判定阶段1在巷道围岩稳定性分类研究的初始阶段,由于对岩体的工作机理和破坏因素认识不足,收稿日期:2005203220作者简介:张里程(19702),男,江苏睢宁人,助理工程师,主要从事坑道工程技术研究1局限于个人的实践经验,严重依赖某一指标或单一因素的定性判定阶段.专家评分阶段1到20世纪70年代,对围岩的破坏机理有了进一步的认识,对围岩稳定性的影响因素从单一因素到多因素、多指标发展,同时对稳定性的评价在定性的基础上进行量化,对定性指标采取专家的评分.数学分析阶段1近20年来,围岩分类诸多因素、多指标定量评价与定性指标量化评价相结合,对岩体的破坏机理和不确定性有了进一步的认识,在数学上,模糊数学、灰色理论等数学工具的出现,也为岩体的不确定性带来了新的解决问题的方法,对围岩稳定性的评价开始与数学工具相结合.智能分类阶段1随着对岩体不确定性认识的深入,发现在传统认识岩体性质的基础上,对岩体的认识难以进一步发展.而在20世纪的80年代末,人工智能技术的发展迅速,同时现代的控制理论、信息学、系统工程等学科的发展围岩体力学的发展带来了新的认知途径.运用专辑系统、神经网络等现代智能技术手段在围岩稳定性分类上,对岩体的不确定性进行运算分析.2　地下工程围岩稳定性研究的现状211　岩体结构面的定量化评价与分析岩体结构面被国际岩石力学学会定义为不连续面,主要包括:断层、软弱层面、节理、软弱片理和软弱带等各种力学成因的破裂面和破裂带等1对岩体结构面的定量描述是复杂的课题,大致包括了两个方面:(1)野外现场收集的定量、半定量的资料.(2)利用数理统计提取结构面的有关参数1其中第二个内容目前主要包括两个方面的工作:一是用统计方法对岩体结构面参数进行定量化描述和分析;另一个是用计算机模拟岩体结构,分析其特征.在岩体结构面的定量化统计研究方面,国内外学者做了很多重要的工作,奠定了通过结构面网络模拟进行岩体结构面分布规律研究的基础.C.B ingham(1964)研究了岩体结构面形状统计分布,建立了“B ingham 分布”各项异性及其分布特征,周创兵发展了岩石节理张开度的概率模型;谢和平等研究了节理表面形态的分布特征,探讨了分维值与结构面抗剪强度的关键.冯夏庭(1999)建立了分形维数与JRC的关系式并应用于JCR值的近似分形预测.值得注意的是,裂隙网络模拟技术的发展给人们提出了新的研究思路.近年来,Ku latilake和潘别桐等在岩体裂隙网络生成方面做了较多研究;陈剑平、周维恒等(1995)在不同方面发展了结构面三位网络计算机模拟技术,并将模拟技术应用于节理岩体力学参数取值研究;陈征宇等(1998)采用非平稳态随机过程模拟裂隙间距,并通过M on te-Carlo方法生成方针裂隙网络;Sen Z,Kazi A.等通过裂隙网络模拟估计裂隙间距和岩体RQD值,进而进行岩体质量评价;仵彦卿、杨米加等根据裂隙网络模型进行了岩体水力学特征的研究;陈乃明等通过接力网络的计算机模拟研究探讨了节理网络的分形维数与结理参数的关系1实践中裂隙网络技术的工程应用尚需发展,尤其是在根据网络模拟结果评价岩体力学特性,计算岩体损伤张量、渗透张量及岩体质量评价等方面.2.2　岩体宏观力学参数取值的研究方向关于裂隙岩体宏观力学参数的确定,目前方法可分为四类:第一是直接实验法,包括室内实验和现场实验1这个方法最大的困难是“尺寸效应”问题1第二是经验类比法,是工程界较普遍采用的方法1此法是把岩石分为若干等级(RQD分类法、BQ分类法),对于每一等级的岩石,给出相应的力学参数1这个方法的缺点在于只能得到力学参数的取值范围1经验类比法根据分析手段的差别可进一步分为以下几种方法:包括工程类比法、系统折减法、加权平均法、块度模数法、RM R与Hoek-B raw n法、灰色系统预测法、贝叶斯可靠性估计法、Fuzzy法、专家系统法和神经网络法等1第三是数值分析法,包括反分析法(有限元弹性、弹塑性、粘弹塑性位移反分析及边界元法等)、直接分析法(弹塑性有限元法、等效连续模型法、断裂力学法、损伤力学法、损伤-断裂力学法等)、裂隙模拟法和块体分析法等1这类方法在应用中还可实现将岩体中结构面和完整岩块的联合作用下所具有的强度及变形参数.第四是地球物理方法,包括超声波法、地震波法、电磁波法、瑞利波法和CT法等.2.3　洞室围岩稳定性的分析技术方面随着计算机技术的发展,围岩稳定性的研究广泛应用了数值分析方法.大量的实践表明,有限元等数值模拟方法在研究地下洞室围岩应力及变形和破坏的发展,进而定量地评价围岩稳定性方面具有十分明显的优越性.它已成为解决地下工程设计和施工问题的最有力的工具.目前,为减小单元离散误差,自适应原理已被引入有限元计算中,主导思想是降低前处理工作量和实现网络离散的客观控制;Cundall提出并发展了离散单元法,现今已出现二维和三维的可变形力三单元法既考虑动荷载的动力离散单元法;石根华与Good2 m ann提出并发展了块体系统不连续分析法,用于模拟演示块体的移动、转动、张开、闭合的全部过程,并判定岩体的破坏程度和破坏范围,进而评价围岩的整体和局部稳定性;T i m er,D ill,M artin,M elo sh等提出的兼顾了材料非线性和几何学上非线性问题的有限变形理论,目前已有了很大的发展,利用计算程序进行分析和计算已被广泛应用.在地下洞室的局部稳定性研究方面,基于非连续变形理论,B in L in和Hoek等研制开发了地下洞石块体稳定性分析软件U NW ED GE,在已知洞室尺寸和性状的条件下,选取三组典型结构面作为构成四面体的边界条件,搜索出给定的结构面在洞室各个不同部位所能组合成的块体,并计算块体的大小和稳定性系数;王渭明在结构面的计算机模拟的基础上,判定地下洞室中“危石”的存在及稳定性,并建立了“危石”预测的贝叶斯模型;许强、黄润秋等运用块体理论、适量分析、排列组合、空间解析几何及计算机技术,创造性地提出了复杂性状块体的几何建模方法-“切割法”,并研制开发了块体稳定性分析系统软件.3　围岩稳定性分析存在问题随着计算机技术与岩土本构关系研究的进展,支护系统的数值计算法有了新的发展.用弹塑性力学理论分析围岩和支护结构的有限元程序迅速普及;边界元及边界元与有限元耦合法在隧道工程中的应用也有不少成果;用于裂隙岩体的块体理论和离散元理论也编出了相应的程序.计算技术与数学方法的介入,使我们有可能对地下工程的一些问题进行分析与研究,但是研究的方向、途径、策略手段、工具及其操作程序的选择系统是否正确则需要不断探讨.围岩的工程特性是什么?如何描述?它与人工支护体的相互作用特征怎样?这些基础问题至今仍然困扰着我们,未得到解决.诚然,计算技术与数学方法为我们提供了广阔的应用空间,其成熟程度远远大于地下工程基础理论的成熟程度,这种极大的反差本身就启示着我们研究工作的重点,这是我们不可回避的事实.因此,作为以应用技术为主的工程技术人员,在处理工程技术问题中,应调整好研究问题的重心,不必在繁琐的计算问题上纠缠不休,而忽视了简单而有效的方法.在地下工程稳定问题的分析中,如果不把岩体的地质特征搞清楚,那么任何精确的计算等于无用.围岩稳定性分析中存在基础理论不成熟、失稳判据难以确定、思维方式禁锢等问题.现分析如下:3.1　数值分析模型缺少基础理论支持稳定分析的意义在于预测未来.目前在施工阶段围岩稳定性预测中广泛采用的是二元(时间与位移,或时间与应力)原型预测的方法,监测数据通过统计分析建立回归模型,根据回归模型进行稳定性预测.即采样、回归模型参数的统计推断、未来趋势预测的方法.对这种模式的进一步分析可以看出:这种方法的基本思路是建立在随机事件的概率统计基础上,而普遍采用的模型是一维(二维),呈正态分布的概率模型1这样的简化也许是预测问题所不能接受的,主要表现在以下几方面:(1)回归统计的概率模型过于简单:施工信息反馈中监控量测数据的处理方式通常是采用回归统计的方法.这种根据变形发展趋势预测围岩(支护结构)稳定性的方法中隐含了简单整数维,呈正态分布(其参数随时间而变)的概率模型.这是以时间可逆性为前提的简单维的建模过程,没有反映序的概念1这与地质体的不可逆时间序列是不吻合的,近似过程过于简单.每组量测数据是统计分析的一个样本,而这些样本的取样条件(如时间、空间、工程环境、施工方法等)是不相同的,将这种不同采用不恰当的方法(等同视之)处理1用确定性的回归参数进行处理,这种取样策略及处理方法本身就隐藏着概率模型参数推断上的误差甚至错误.(2)位移反分析力学模型的假设缺少理论支持:位移反分析是用某种固定的变形模式去推断岩体力学参数的方法.它按照一定的规则,逐次改变侧压力系数及等效弹模E的值,从而使断面特征点——收敛(位移)点的分析值相应改变,使其接近实测值,在一定的计算精度下确定出反分析结果,即围岩的视在力学参数.这是一种通过实测位移值进行试凑修正的过程.其力学模型是基于固体力学理论建立的(如弹性模型、弹-塑性模型、粘-弹-塑性模型等)1它首先假设了围岩的变形规律,而这一规律的研究还处于尚未成功的时期,岩体的本构关系、喷锚支护的机理、开挖系统的控制理论等问题均未得到解决.在这样的条件下而无视工程地质、施工条件的复杂多变及其难以准确描述的现实,纠缠于繁杂的计算及精确性的追求中,无异于取小弃大,事倍而功半.(3)模型试验尚难以实现时空模拟:地下工程围岩稳定性问题的研究始终与模型试验相伴随,模型与实际工程问题的相似性是模型试验解决问题的关键.从模型材料及其结构构造到模拟尺度、开挖步序、施工工艺等无不包含着诸多难以解决的问题.如:今年4月通过国家鉴定的“溪洛渡水电站厂房洞室群的高仿真度三维模型试验”研究成果虽然在模型材料、模拟尺度、加载与控制系统、高精度开挖及位移(变形)监测系统等方面集中体现了国际上领先技术,为工程实施提供了参考,但仍然存在在时间模拟尺度上的缺憾,而时间的模拟远较其他几项模拟内容难度更大.然而,地下工程围岩稳定性分析的一个很重要的内容即是与时间有关的岩体特性的分布与变化.另外,模拟参数越多,模拟理论越精细,模拟试验的复杂程度就越高,实现难度也越大.加之大尺度模拟试验耗资巨大,难以大量进行.这导致模型试验只能作为重大工程决策参考的依据之一.(4)围岩承载特征曲线的测量难以实现:特征曲线法也称收敛-约束法,其基本原理是利用岩体特征曲线和支护结构特征曲线交会的办法来决定支护体系的最佳平衡条件.这种方法的关键是合理确定这两条曲线的基本性质及其相互作用时的变化,如围岩变形的特征曲线难以实测.这种方法在概念上是明确的,但实践起来则涉及了诸多的问题,有的甚至是目前还难以解决的问题.这些问题仍然来自于地下工程围岩稳定分析的诸多影响因素及其复杂性.综上所述,岩体力学基础理论的不成熟成为地下工程围岩稳定分析方法目前还难以摆脱经验与工程类比方法的主要原因.3.2　围岩失稳的判断难以确定多年来,对地下工程围岩稳定性问题,失稳判断的确定始终没有得到很好地解决.现行的规范TB10003 -2001中,围岩稳定性是以极限净空相对位移值或允许收敛速率的形式给出的,当实测的位移值超出此值时即视为不稳定.这些作为判定标准的“极限位移”是在“新奥法”施工中监控量测的实践基础上经分析得出的经验值1工程条件的差异、量测误差等必然使其带有显著的定性使用的特点,在实际使用中有悖于上述标准的现象也时常出现:有的软弱围岩当变形值超出规范允许值数倍仍未发生失稳;(尤其是)在浅埋隧道中,有的变形尚未达到允许值却发生了坍塌.此外,由于统计分析的原因,用于稳定性分析的有效量测数据滞后,使不稳定地层的稳定性分析难以真正服务于实施量测的工程.查阅国内外有关围岩稳定性的规范,大多数标准均是以定性的方式给出的,部分定量指标通常根据经验和统计资料得出.这一状况表明,在实际应用中,设定标准管理基准值时难以用数值方式表示.对围岩失稳的判断主要还停留在依靠经验的判断上,建立定量的失稳判断标准仍然需要广大的研究者付出长时间的时间和艰辛的劳动.4　结语分析了巷道围岩控制的现状、存在的主要问题,以及今后的研究发展方向,为地下工程行业的工程技术人员提供了一定的借鉴。

采煤工作面围岩稳定性控制分析
李宇
【期刊名称】《能源与节能》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】目前,随着社会经济的快速发展,人们越来越注重企业生产的经济效益和效率,也更加重视保障工作人员的安全。

为了更加高效地控制采煤工作面围岩稳定性,应针对采煤工作面围岩进行分析与研究,再制定相应的围岩控制措施,实现对采煤工作面围岩稳定性的有效控制,降低生产事故发生的风险,提高围岩稳定性。

主要对采煤工作面围岩稳定性控制进行了分析。

【总页数】4页(P282-285)
【作者】李宇
【作者单位】山西介休义棠安益煤业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD325.1
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