柏建彪巷道围岩应力转讲义移理论与技术

马脊梁矿综放工作面临空巷道围岩变形特征及控制鲍永生（大同煤矿集团有限责任公司马脊梁煤矿，山西大同037000）［摘要］以马脊梁矿8103工作面临空巷道5103巷道为研究对象，采用FLAC 数值模拟、现场实测、现场实证等方法，对综放工作面临空巷道围岩变形特征及控制进行研究，分析了5103巷道变形特征，并提出相应的控制方案。

研究结果表明：8103工作面回采过程中，5103巷道围岩变形严重，顶底板移近量最大达到1.5m ，两帮移近量最大0.8m ，影响范围为超前50m ，严重区域为超前30m 范围；提出“APＲ+PＲS ”的临空巷道围岩控制方案；通过周期来压步距、支架工作阻力、巷道表面位移监测验证“APＲ+PＲS ”临空巷道围岩控制方案的有效性，采取方案后工作面来压步距显著减小、支架工作阻力在8000 9000kN 所占比例下降9.76%、顶底板移近量减少42%、两帮移近量减少40%、巷道变形严重区域由超前30m 变为超前15m ；“APＲ+PＲS ”巷道围岩控制方案有效地控制了临空巷道的围岩变形。

［关键词］综放开采；临空巷道；围岩变形；水压致裂；CO 2致裂［中图分类号］TD327.2［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2018）01-0022-05Surrounding Ｒock Deformation Characters and Control of Gob-side Entry of Fully Mechanized Coal Mining Face of Majiliang Coal MineBAO Yong-sheng（Majiliang Coal Mine ，Datong Coal Mine Group Co.，Ltd.，Datong 037000，China ）Abstract ：It taking 5103gob-side entry of 8103working face in Majiliang coal mine as studying object ，and then Flac numerical sim-ulation ，field testing and field verification and so on were applied.Surrounding rock deformation characters and control of gob-side entry of fully mechanized working face was studied ，and the deformation characters of 5103entry was analyzed ，and then corresponding con-trol scheme was put forward.The results showed that during 8103working face mining ，surrounding rock of 5103entry damage severi-ty ，the maximal convergence between roof to floor reached about 1.5m ，the maximal convergence between two sides was bout 0.8m ，the influence scope was about advanced 50m ，seriously scope was about 30m ，and then controlling scheme “APＲ+PＲS ”to surround-ing rock of gob-side was put forward ，its effective was verified by periodic weighting distance ，supporting working resistance ，roadway surface convergence monitoring ，after the scheme was applied in field ，the periodic weighting distance decreased obviously ，the pro-portion of supporting working resistance 8000 9000kN decreased about 9.76%，the convergence between roof to floor decreased about 42%，two sides convergence decreased about 40%，the seriously scope of roadway deformation decreased from 30m to 15m ，the sur-rounding rock deformation of gob-side entry was controlled effectively.Key words ：fully mechanized coal mining face ；gob-side entry ；surrounding rock deformation ；hydraulic fracturing ；CO 2fracturing［收稿日期］2017－08－21［DOI ］10.13532/11－3677/td.2018.01.006［作者简介］鲍永生（1971－），男，山西应县人，高级工程师，硕士，现任同煤集团马脊梁矿矿长。

巷道围岩应力转移技术摘要：本文主要介绍了巷道围岩应力转移技术的基本原理和方法，包括顶板稳定技术、立柱护坡技术和孔口环向调整技术等。

它具有良好的应用性，能够有效地减少洞室应力，保障巷道及相关安全。

关键词：巷道围岩应力转移技术顶板立柱孔口环正文：1. 引言在隧道开挖过程中，巷道的围岩应力是洞室安全稳定的关键因素之一，因此，如何有效地降低围岩应力，以保障巷道安全，已经成为当前巷道工程学界关注的热点问题。

随着科学技术的不断进步，人们通过研究开发出了一系列巷道围岩应力转移技术，包括顶板稳定技术、立柱护坡技术和孔口环向调整技术等。

2. 顶板稳定技术顶板稳定技术是最常用的围岩应力转移技术，它的原理是在巷道的正上方而非拱顶上，利用水泥浆、支护物、尖锥等材料，增加巷道顶板的抗拉强度，从而抵消周围地层对煤矿顶板的压力，达到稳定巷道围岩的目的。

3. 立柱护坡技术立柱护坡技术是采用非锚固立柱结构，使地层拉力和坡度的作用差别较大的技术，从而完成稳定围岩的目的。

立柱技术很好地利用了与地层结构相关的拉力差异，可以通过在巷道边墙处设置立柱来限制地层的拉力，并将其转移到巷道围岩的上方，以达到稳定围岩的目的。

4. 孔口环向调整技术孔口环向调整技术是通过在巷道边墙上设置特殊环形结构，使围岩应力在不同方向上转移，从而达到稳定围岩的目的。

这种技术在稳定复杂破碎围岩时表现特别突出，可以显著提高巷道的安全性。

5. 结论巷道围岩应力转移技术是隧道工程中最重要的技术之一，其技术原理和方法都有明显的优势，具有良好的实用性。

本文对这些技术有了比较详细的介绍，有助于更好地推动其在实际工程中的应用。

6. 后续研究在实际工程应用中，研究人员还需要更多地深入研究、补充和改进上述巷道围岩应力转移技术。

例如，顶板稳定钢板的使用，可以较大幅度地提高顶板的抗拉强度；对立柱护坡技术，可以结合精密测量技术，有效地检测和分析地层裂缝等，增加立柱护坡技术的针对性和可靠性；此外，还可以进一步完善孔口环向调整技术，以最大限度地发挥该技术在巷道稳定过程中的作用。

《高应力软岩巷道置孔释压支护理论与技术研究》篇一一、引言随着矿山开采的深入和地下工程的发展，高应力软岩巷道成为了一种常见的地质环境。

这种环境下的巷道支护是一个具有挑战性的技术难题，特别是在置孔释压支护方面，理论和技术研究显得尤为重要。

本文旨在探讨高应力软岩巷道置孔释压支护的理论基础和技术应用，为相关工程提供理论支持和技术指导。

二、高应力软岩特性分析高应力软岩的主要特征包括：地质条件复杂、岩石强度低、易发生变形和破坏等。

这些特性使得在高应力软岩巷道中进行置孔释压支护变得困难。

因此，需要对高应力软岩的特性进行深入分析，以便为支护设计提供依据。

三、置孔释压支护理论置孔释压支护是一种通过在巷道周围钻孔，释放围岩应力，从而达到支护目的的方法。

其理论基础主要包括以下几个方面：1. 应力转移理论：通过钻孔将围岩中的高应力转移到低应力区域，降低围岩的应力集中程度。

2. 能量释放理论：钻孔过程中释放围岩的弹性潜能，降低围岩的能量积聚。

3. 变形协调理论：通过合理布置钻孔，使围岩变形协调，提高巷道的稳定性。

四、置孔释压支护技术研究置孔释压支护技术的研究主要包括钻孔设计、钻孔施工、支护材料选择和支护参数优化等方面。

1. 钻孔设计：根据巷道的地质条件和支护要求，确定钻孔的位置、直径、深度和间距等参数。

2. 钻孔施工：采用合适的钻进方式和钻具，保证钻孔的质量和效率。

3. 支护材料选择：根据围岩特性和支护要求，选择合适的支护材料，如锚杆、钢拱架等。

4. 支护参数优化：通过现场试验和数值模拟等方法，对支护参数进行优化，提高支护效果。

五、实例分析以某高应力软岩巷道为例，分析置孔释压支护技术的应用。

首先，对巷道的地质条件和支护要求进行调查和分析；其次，根据理论指导进行钻孔设计和施工；然后，选择合适的支护材料和参数进行支护；最后，对支护效果进行监测和评估。

通过实例分析，验证了置孔释压支护理论的有效性。

六、结论与展望本文通过对高应力软岩巷道置孔释压支护理论与技术的研究，得出以下结论：1. 高应力软岩的特性分析为置孔释压支护设计提供了依据。

大断面巷道围岩变形机理及控制技术应用研究
张孝忠
【期刊名称】《凿岩机械气动工具》
【年(卷),期】2024(50)1
【摘要】为解决采空区下大断面巷道围岩稳定性差的问题,同德矿以5316工作面为工程背景,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,对地质复杂条件下大断面巷道承载结构的应力环境变化、巷道变形破坏表现、顶板锚索破断深层次原因、巷道围岩控制技术展开研究。

运用FLAC 3D对工作面开采后的破坏规律进行模拟,对支护参数进行优化,最终确定支护方案。

通过现场变形监测,巷道围岩变形量得到了有效控制,在支护效果和成本控制方面新支护方案都较为理想。

【总页数】5页(P31-35)
【作者】张孝忠
【作者单位】山西省柳林县应急管理局
【正文语种】中文
【中图分类】TD353
【相关文献】
1.煤矿大断面托顶煤巷道围岩变形破坏机理
2.大断面煤巷围岩变形机理与控制技术研究
3.断层破碎带大断面巷道围岩变形破坏机理及控制技术
4.大断面软岩硐室围岩变形机理与控制技术研究
5.大断面巷道围岩变形机理及支护技术研究
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中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家柏建彪教授简介佚名
【期刊名称】《煤矿支护》
【年(卷),期】2016(0)4
【摘要】柏建彪，1966年出生，江苏仪征人，博士。

中国矿业大学教授，博士生导师。

1989年、1992年、2002年先后取得中国矿业大学采矿工程学士、硕士、博士学位。

获全国优秀博士学位论文、教育部新世纪优秀人才、江苏省333第二层次科技领军人才，国家人事部653工程煤炭行业采矿工程领域井巷设计施工方法与技术培训方向首席专家，中国煤炭工业技术委员会煤矿井工开采专家委员会委员、中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家。

【总页数】1页(P1-1)
【正文语种】中文
【中图分类】TD35
【相关文献】
1.中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家委员会成员杨晓杰教授简介
2.中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家委员会成员——勾攀峰教授简介
3.中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家委员会副主任兼采场支护专家组组长——王国法研究员简介
4.中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会副秘书长--文志杰教授简介
5.中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家委员会成员孙晓明教授简介
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《高应力软岩巷道置孔释压支护理论与技术研究》篇一一、引言在采矿工程、隧道建设及地下工程建设过程中，软岩巷道的支护问题一直是重要的研究课题。

随着地下工程的不断深入，高应力软岩巷道支护难度逐渐增大，如何有效解决其支护问题成为当前研究的热点。

置孔释压支护技术作为解决高应力软岩巷道支护难题的一种新方法，具有显著的理论和实际应用价值。

本文旨在研究高应力软岩巷道置孔释压支护的理论与相关技术，以期为工程实践提供理论支持和指导。

二、高应力软岩巷道特性分析高应力软岩巷道由于地质环境复杂，往往具有较高的应力、复杂的岩石性质及较低的岩体强度等特点。

这使得传统的支护方式在应对高应力时往往力不从心，容易导致巷道失稳、塌方等安全事故。

因此，需要对高应力软岩巷道的特性进行深入分析，为后续的置孔释压支护技术提供依据。

三、置孔释压支护技术理论置孔释压支护技术是通过在巷道内部合适位置设置钻孔，通过释放岩体内部的应力能量，达到降低巷道围岩应力的目的。

该技术理论主要包括以下几个方面：1. 钻孔布置理论：根据高应力软岩巷道的实际情况，确定合理的钻孔位置、数量和深度等参数，使钻孔能够有效地释放围岩内部的应力能量。

2. 岩石力学原理：基于岩石的力学性质和变形特性，分析钻孔对围岩应力的影响，为置孔释压支护技术的实施提供理论支持。

3. 能量释放机制：研究钻孔过程中围岩应力的变化规律，分析钻孔如何通过释放能量降低围岩的应力水平。

四、置孔释压支护技术方法与实施步骤1. 前期准备：对高应力软岩巷道进行地质勘查和围岩性质分析，确定合适的钻孔位置和参数。

2. 钻孔施工：采用合适的钻机进行钻孔施工，确保钻孔的位置、数量和深度等参数符合设计要求。

3. 注浆加固：对钻孔进行注浆加固，以提高围岩的强度和稳定性。

4. 支护结构施工：根据设计要求，在置孔完成后进行支护结构的施工。

可采用U型钢支架、锚杆等支护结构进行加固。

5. 监测与维护：对支护结构进行实时监测，确保其稳定性和安全性。

巷道围岩顶板掘巷应力转移理论的研究姜清;薛学贵【摘要】针对有关巷道围岩顶板掘巷应力转移理论,在理论上提出了用椭圆孔的应力计算来近似.并对椭圆孔的平面问题,通过复变函数计算,给出了卸压孔周围较大范围围岩应力分布的理论计算公式,通过这些公式可以比较方便的进行围岩应力分布的计算.结合数值模拟对比发现椭圆孔口模型假设合理,其理论解析计算所给出围岩应力理论计算公式较为可信.卸压孔对侧向压力的降低效果不太明显;而对垂直压力的降低效果显著,可根据实际需要改变卸压孔的尺寸来控制对垂直应力降低的效果.结合工程地质条件,运用大型数值模拟软件ABAQUS建立计算模型对顶板掘巷的卸压过程进行模拟.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2012(038)005【总页数】3页(P28-30)【关键词】应力转移;煤层开采;顶板掘巷;ABAQUS数值模拟【作者】姜清;薛学贵【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TD261 问题的提出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［1］。

一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段［2］。

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，造成资源开采的极端困难，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［3］。

我国是世界产煤大国，也是用煤大国。

我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于600 m和1 000 m的储量分别占到73.19%和53.17%。

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。

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。

深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律是指深井施工过程中，由于受到钻孔破坏、液压压实、外力作用等影响，在深埋的软岩巷道周围的围岩发生流变，同时伴随着应力场的演变，从而形成特定的应力场演变规律。

深井施工需要穿越软岩巷道，而软岩巷道周围的围岩也受到深井施工的影响，会发生流变，造成应力场的演变。

因此，掌握软岩巷道围岩流变与应力场演变规律，对于深井施工具有重要意义。

首先，影响软岩巷道围岩流变的主要因素是钻孔破坏、液压压实和外力作用。

钻孔破坏是指深井施工过程中，钻头穿过软岩巷道围岩，在钻孔过程中，软岩受到剪切、拉伸、压缩等应力作用，造成部分岩石破碎，使围岩发生流变。

液压压实作用是指深井施工过程中，钻孔内注入大量液体，形成液压作用，从而使围岩发生流变。

外力作用是指深井施工过程中，工具、水平定向钻、钻探机等外力作用，使围岩发生流变。

其次，软岩巷道围岩流变的表现形式有岩石破碎、松散、异形砂岩和软岩等。

岩石破碎是指深井施工过程中，围岩受力过大，造成部分岩石破碎，形成不同尺寸的岩石碎屑，使岩石结构发生变化，从而影响深井施工。

松散是指深井施工过程中，围岩受力过大，导致岩石结构发生变化，使岩石之间的结合力变弱，从而产生松散现象，影响深井施工。

异形砂岩是指深井施工过程中，围岩破碎后，形成的不同尺寸的砂岩和沙石，其粒度分布不均匀，粒度较大的叫大砂岩，粒度较小的叫小砂岩，混合后的砂岩称为异形砂岩，影响深井施工。

软岩是指深井施工过程中，围岩受力过大，使岩石结构发生变化，出现软性，从而影响深井施工。

最后，软岩巷道围岩流变会导致应力场的演变，形成特定的应力场演变规律。

一般情况下，随着深井施工进程的推进，围岩受到钻孔破坏、液压压实、外力作用等影响，应力场呈逐渐增大的趋势，其应力场演变规律为“应力先增大后减小，最大值出现在钻孔的中部”，即所谓的“三角形应力演变”，这是深井施工中常见的应力场演变规律。

总之，深井软岩巷道围岩流变与应力场演变规律是深井施工过程中，由于受到钻孔破坏、液压压实、外力作用等影响，在深埋的软岩巷道周围的围岩发生流变，同时伴随着应力场的演变，从而形成特定的应力场演变规律，这种规律对于深井施工具有重要意义。

山区煤矿高应力软岩巷道围岩失稳机理摘要：为解决高应力大变形工程软岩巷道的围岩稳定控制问题，本文利用FLAC三维数值模拟软件，对贵州某矿轨道顺槽巷道围岩变形失稳机理进行了分析，并提出有效巷道围岩支护方案。

结果表明：长锚杆+高强锚索+U型钢+注浆的修复方案，优化了工艺流程，降低了巷道失稳风险。

关键词：高应力；软岩；围岩控制；FLAC3D数值模拟1 引言贵州某煤矿煤层顶、底岩性松散断裂，属于强度低、胶结弱、膨胀强、变形大的高应力工程软岩。

砂质泥岩层之间的弱层抗剪强度低，遇水时容易发生泥质，不利于巷道的稳定。

随着开采深度的增加和应力的增加，该矿大变形软岩支护的技术难度越来越明显。

在生产过程中，巷道的变形遭到严重破坏，锚杆支护失效现象严重，包括断裂、托盘失效、粘结失效、锚固失效等，巷道返修率达到该矿巷道总数的50%以上，部分石门、大巷甚至每年需要返修一次。

传统的锚杆支护对巷道变形的控制效果不佳，给矿山安全带来了巨大的隐患，同时也增加了矿山支护的成本，严重限制了煤矿的安全高效生产。

如何解决高应力软岩开采巷道的支护问题已成为该矿的一个难题。

2 巷道数值模型的建立该矿1203工作面基本顶为中细砂岩，平均厚度9.8m；直接顶为泥岩、砂质泥岩与6-2煤复合顶板，平均厚12.4m；直接底为泥岩，平均厚度2.55m；基本的为砂质泥岩，平均厚度5.35m。

轨道顺槽全长1724m，巷道断面形状为矩形，断面尺寸为净宽×净高=3.5×3.0m。

巷道距地表的深度为376~540m，垂直应力约为10MPa，最大水平应力为14MPa。

巷道采用锚网、锚索支护：顶板采用锚杆、锚索支护，两帮为锚杆支护，顶锚杆采用Φ20×2200mm左旋螺纹钢等强锚杆，两帮采用Φ18×2200mm左旋螺纹钢等强锚杆，锚杆间排距为800×800mm，顶锚索规格Φ17.8×6300mm，间排距为800×1600mm。

千米深井高应力区域巷道围岩综合控制技术研究与应用发布时间：2021-05-21T07:19:36.776Z 来源：《中国科技人才》2021年第8期作者：邹沙沙[导读] 近年来,深部高应力巷道的稳定性研究受到广泛关注,很多学者都针对高应力软岩巷道变形破坏机理与控制对策进行了较系统的研究,但由于各矿区情况千差万别,研究这类围岩的变形机理与控制原理应遵从实际情况。

皖北煤电集团朱集西煤矿安徽省宿州市 234000摘要：随着煤矿采掘逐渐向深部转移，地应力明显增大，同时受工作面回采动压影响，巷道变形快、变形量大，现有巷道围岩控制技术已不能满足安全生产需要。

针对这一情况开展深部巷道围岩综合控制技术研究十分必要，通过深部巷道围岩综合控制技术研究，减小巷道变形程度，确保巷道围岩控制质量和效果，延长巷道服务年限。

鉴于此，文章结合实际，重点就千米深井高应力区域巷道围岩综合控制技术研究与应用进行研究分析，以供参考。

关键字：千米深井；高应力区域；巷道围岩；综合控制技术引言近年来,深部高应力巷道的稳定性研究受到广泛关注,很多学者都针对高应力软岩巷道变形破坏机理与控制对策进行了较系统的研究,但由于各矿区情况千差万别,研究这类围岩的变形机理与控制原理应遵从实际情况。

根据采场巷道的变形破坏机理,提出了深部高应力采场巷道以预应力锚索为核心的综合控制技术，该技术已在深部采场巷道得到应用并获取得了显著成效,为探索深部高应力采场巷道的控制技术探索出一条途径。

1千米深井高应力区域巷道围岩综稳定性的影响因素第一，地质条件。

矿山地质条件包括矿岩体性质、节理裂隙发育程度、产状、矿区断层、剪切破碎带、矿岩接触带以及地下水等。

地质条件是矿体在成矿过程中以及成矿后的历次地质构造运动的产物,与成矿构造运动和后期作用密切相关；第二，赋存环境。

巷道工程赋存环境主要包括应力环境、地下水环境和温度环境，深部采场巷道的赋存环境主要是考虑应力环境。

与其他隧道和水电等地下工程不同,巷道围岩的应力场不仅取决于原岩应力,而且还与采场应力环境密切相关,即巷道的应力环境是原岩应力与采动应力的叠加后的应力环境；第三，工程因素。

二次抛物线型极限曲线的巷道围岩应力及位移
赵彭年
【期刊名称】《有色金属：矿山部分》
【年(卷),期】1979(000)001
【摘要】当水平卷道足够长时,围岩的分析可作为平面变形问题研究;在巷道距地表足够深时,被巷道削弱了的有重无限半平面中的应力及位移问题,可以近似地用巷道外无穷远处作用着原始应力的无重无限平面来代替。

我们研究元形巷道,在无穷远处作用着相等的竖向垂直及侧向水平压力P0=γh,其中γ-岩石平均容重;h-巷道中心点在地表下的深度（图1）。

【总页数】4页(P41-44)
【作者】赵彭年
【作者单位】中国矿业学院
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.埋深及断面形状对巷道围岩应力及位移分布规律的影响 [J], 刘万光
2.围岩位移特性曲线预测的自适应神经模糊推理方法在软岩巷道中的应用 [J], 刘永;桂荣
3.巷道围岩位移特性曲线预测的自适应神经模糊推理方法及应用 [J], 李明;刘永
4.不同侧压条件下圆形巷道围岩应力及位移量研究 [J], 龚大银;覃木广
5.弱胶结软岩巷道围岩应力与位移分布规律及支护技术 [J], 范育青; 刘玉成; 赵明洲; 温良霞; 王昌琪
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收稿日期:20050704基金项目:国家自然科学基金项目(50574089);国家自然科学基金重大项目(50490273)作者简介:柏建彪(19662),男,江苏省仪征市人,教授,工学博士,从事巷道围岩控制理论与支护技术方面的研究1E -ma il :bjianb @ Tel :0516283995179第35卷第2期 中国矿业大学学报 V o l .35N o .22006年3月 Journal of Ch ina U n iversity of M in ing &T echno l ogy M ar .2006文章编号:100021964(2006)022*******深部巷道围岩控制原理与应用研究柏建彪,侯朝炯(中国矿业大学,矿山开采与安全教育部重点实验室,能源与安全工程学院,江苏徐州　221008)摘要:采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,研究深部巷道围岩稳定问题,认为深部巷道围岩控制的基本方法是提高围岩强度、转移围岩高应力以及采用合理的支护技术.提出了深部巷道围岩控制的基本技术和控制过程:1)应力转移降低巷道浅部围岩应力;2)采用高预紧力、大延伸量的高强度锚杆、锚索支护系统,强化锚固区围岩强度,提高巷道围岩自身稳定性;3)加强巷道两帮、底角支护,提高巷道最薄弱部位(两帮、底角)残余强度、提高巷道围岩的整体稳定性;4)应用高水速凝材料注浆加固破碎区,提高破碎围岩的完整性和力学参数.该研究成果已成功应用于工程实践.关键词:深部巷道;矿压显现;锚杆支护;应力转移;注浆加固中图分类号:TD 322 文献标识码:AControl P rinci p le of Surrounding Rocks in D eep Roadw ay and Its A pp licati onBA I J ian 2biao ,HOU Chao 2ji ong(Key L abo rato ry fo r M ine Safety and M in ing of M in istry of Educati on ,Schoo l of M ineral and Safety Engineering ,Ch ina U n iversity of M in ing &T echno l ogy ,Xuzhou ,J iangsu 221008,Ch ina )Abstract :T he field experi m en t ,num erical si m ulati on and theo retical analysis w ere used to study the rock stability of deep roadw ay .It is po in ted that the m ethods to con tro l the surrounding rock s in deep w ay are to i m p rove the rock strength ,to tran sfer the h igh stress of surrounding rock s and to adop t the rati onal suppo rting techno l ogy .Fo r con tro lling the surrounding rock s in deep road 2w ay ,the basic techno l ogy and the con tro lling p rocess include :1)T he stress tran sfer to reduce the shall ow rock stress of roadw ay ;2)T he suppo rting syste m of ancho r cable and bo lting w ith h igh strength ,big ex tending capacity and h igh p rep ressing fo rce to strengthen the rock strength in an 2cho rage secti on fo r raising the rock stability of roadw ay ;3)I m p roving the suppo rt of the bo ttom angle and bo th sides of roadw ay to enhance the w ho le stability of surrounding rock s and the residual strength in w eakness p laces (bo th sides and bo ttom angle )of roadw ay ;4)U sing h igh 2w ater ,rap id harden ing m aterials to reinfo rce the broken zone by grouting .T he research results have been suc 2cessfully app lied in the coal m in ing .Key words :deep roadw ay ;rock p ressure behavi o r ;bo lting ;stress tran sfer ;grouting reinfo rce m en t 我国煤炭储量大部分埋藏在深部,埋深大于600m 和1000m 的储量分别占到73.19%和53.17%,大中型煤矿开采深度每年以8～12m 的速度向深部延伸,一些主要矿区自20世纪70年代以来己陆续进入深部开采,徐州庞庄煤矿张小楼井、开滦赵各庄矿和唐山矿、新汶孙村矿等开采深度超过1100m[125].由于开采深度加大,岩体应力急剧增加,巷道维护十分困难,常常是前掘后翻,需要多次返修,维护费用很高,因此,深部巷道支护是深井开采的难题和重要的研究内容.1　深部巷道矿压显现特征深部巷道地应力增加,导致围岩岩性恶化,围岩塑性区和破碎区范围大,尤其煤巷两帮的煤层强度小,在采动支承应力作用下,塑性区和破碎区更大,两帮相对移近剧烈,降低了两帮对顶板的支护;高应力通过两帮传递到底板,因施工困难、巷道底板一般不支护或支护强度较小,因此,深部巷道底鼓严重.深部煤层巷道在两帮相对移近过程中,作用于顶板和底板,导致顶板下沉和底板鼓起,两帮相对移近与底鼓相互作用,即两帮相对移近促进底鼓,底鼓又加剧两帮移近.与浅部巷道支护显著的差别,深部巷道不仅要加强顶板支护,也要重视控制两帮相对移近和底鼓.2　深部巷道围岩控制原理围岩强度、围岩应力和支护技术是决定巷道稳定性的3大因素,所以应从这3个方面来考虑,实现深部巷道围岩稳定.2.1　提高围岩强度1)锚杆支护强化围岩强度　破碎围岩中锚杆支护的作用在于提高围岩强度,随锚杆支护强度提高,锚固体极限强度、残余强度增大,残余强度增大更为显著[6],因此采用高强锚杆支护可显著提高围岩的承载能力.研究[7]表明,在一定范围内支护阻力与围岩变形量呈负指数关系,提高支护阻力可大大减少围岩变形量,有利于巷道围岩稳定.2)围岩注浆　由于深部巷道围岩比较破碎,采用围岩注浆加固可明显改善围岩力学参数,充填裂隙,提高岩体强度和锚杆锚固力,并且可以封闭水源、隔绝空气,保护围岩免受风化.注浆材料可选用化学类、水泥类、高水速凝材料等.注浆对象主要是软弱、破碎围岩.3)加固帮、角关键部位　目前我国巷道支护重视顶板、忽视两帮和底板,顶板锚杆支护强度较大、两帮支护强度较小、底板一般不支护,造成深部巷道两帮及底角破碎区、塑性区很大,大范围的破碎区围岩发生碎涨变形,两帮变形和底鼓十分严重.通过对两帮及底角加强支护、注浆加固[8],提高两帮及底角破碎区围岩的残余强度和锚杆锚固力,可有效阻止破碎区围岩的碎涨变形,对深部围岩起到支护作用,而且两帮有效支撑顶板,阻止顶板下沉,保持围岩稳定,因此,控制两帮下沉和底角破坏是深部巷道支护的关键.2.2　减小巷道围岩应力合理布置巷道,从时间、空间减少采动支承应力对巷道作用的强度和次数,减小围岩应力、减小采动支承应力对巷道围岩破坏;合理设计煤柱尺寸,既要保持煤柱稳定,又要使巷道受到的集中应力尽可能小,将巷道布置在应力降低区内[9].对于深部巷道来说,采取应力转移、减小浅部围岩应力是减小巷道围岩变形量、保持巷道良好维护状态的重要技术途径.2.3　采用合理的锚杆支护技术1)高强度、大延伸量锚杆支护　阻止深部回采巷道围岩发生较大变形既不经济也不合理.高强度锚杆支护可提供较大的支护阻力,控制围岩塑性区及破碎区发展、降低塑性区流变速度,提高支护阻力可以大大减小围岩变形;大延伸量锚杆支护允许围岩有一定变形,降低围岩应力、减少锚杆载荷,防止锚杆破断,改善巷道维护状况.2)增大锚杆预紧力　增大锚杆预紧力显著减小深部巷道围岩强度弱化、减小围岩塑性区及破碎区的范围,提高深部巷道稳定性.3)改善锚索性能　目前煤矿锚索使用的钢绞线直径有15.24,17.8mm两种,延伸率∆S= 3.5%.锚索直径偏小,强度不够,延伸量更小,不能适应围岩较大变形,难以避免破断失效.通过应用新材质、增大锚索直径,提高锚索的延伸量和破断载荷,使锚索适应深部巷道围岩大变形.3　工程应用3.1　生产地质条件平顶山矿务局十矿己15,16224090工作面埋深870～930m,煤层厚度3.5～4.3m,倾角14°～23°,平均18°,煤层松软破碎、强度小、单轴抗压强度小于10M Pa,为高瓦斯煤层,存在煤与瓦斯突出倾向.巷道沿煤层顶板掘进,梯形断面,宽4.2m,巷道中高3.0m.直接顶为砂质泥岩、裂隙发育、强度较小,顶板6m范围内存在2条煤线,距巷道顶板10m左右的己14煤层厚0.6m,属复合顶板,掘进时易发生冒顶和片帮,底板为煤体,直接底为3.3～4.2m厚的砂质泥岩.3.2　巷道支护技术1)超前钻孔应力转移由于巷道埋深大、围岩强度小、复合顶板,掘进641 中国矿业大学学报 第35卷后、锚杆支护之前,顶板已经产生较大的离层、下沉,使顶板承载能力快速衰减,巷道维护难度更大,为此,结合瓦斯抽放,在掘进迎头前方煤层布置钻孔,一方面抽放瓦斯,另一方面将掘进引起的支承应力峰值向深部转移,降低巷道迎头应力,减少无支护空间顶板离层、下沉.巷道迎头超前钻孔布置见图1.采用FLA C 4.0软件数值计算、分析应力转移效果与钻孔长度的关系,见图2.由图2可见,巷道迎头钻孔后,应力峰值位置随钻孔长度增加显著向深部转移,钻孔长度超过12m 后,峰值位置距巷道表面的距离减小,因此,确定钻孔长度10m ,每掘进5m 钻1次孔.图1　巷道迎头钻孔示意图F ig .1　Bo reho le diagram of heading face of roadway图2　应力转移效果与钻孔长度的关系F ig .2　R elati on betw een bo reho le lengthand stress tran sfer result2)高阻让压锚杆支护技术深井煤巷发生较大变形难以避免,采用树脂药卷加长锚固、高阻力、大伸长量的抗破断锚杆实现高阻让压支护.高阻即锚杆给围岩提供较大支护阻力控制塑性区发展、降低塑性区流变速度,提高支护阻力可以大大减小围岩变形;让压即允许围岩有一定变形,允许围岩变形可降低围岩应力、减少锚杆载荷,防止锚杆破断,改善巷道维护状况.顶板支护:己15,16224090工作面巷道顶板稳定性差,易产生离层、冒落,采用树脂药卷加长锚固、高预紧力、高强度锚杆支护强化顶板[10].该支护的顶板岩层强度和刚度显著提高,减少顶板下沉量,巷道顶板安全性能得到提高.同时采用快速承载的高预应力锚索将下部锚固的顶板悬吊在上部稳定岩层中,确保顶板安全可靠.顶板锚杆为直径22mm ,长2.4m 的高强度螺纹钢锚杆,排距750mm ,锚杆布置见图3,锚杆破断载荷大于210kN ,延伸率大于23%,实现高阻让压支护.同时采用锚索加强支护,锚索直径15.24mm ,长7.3m ,排距为3.0m ,每排2根,树脂药卷锚固长1.6m.图3　锚杆布置图F ig .3　Bo lt arrange m en t两帮支护:采用树脂药卷加长锚固、高预紧力、高强度锚杆支护两帮,提供较大的支护阻力,控制两帮塑性区的发展、降低塑性区的流变速度,同时该支护又能适应两帮的较大变形,实现高阻让压支护.帮、角锚杆均为直径20mm ,长2.2m 的高强度螺纹钢、尾部热处理的锚杆,锚固长度1.1m ,排距750mm .3)加固两帮和底角由于己15,16224090工作面两巷为梯形巷道,两帮和底板均为强度较小的煤层,掘巷后围岩破碎区从两帮和底角开始,最终也以两帮最大.两帮和底角采用高强度锚杆支护,阻止破碎区、塑性区的发展,减小该部位煤层强度衰减,当两帮和底板裂隙发育,即距迎头80～100m [11]时,应用高水速凝材料对两帮及底板注浆加固[8],提高破碎区围岩的残余强度和锚杆锚固力,可有效阻止两帮相对移近和底鼓,是控制深井煤巷围岩稳定的重要技术.己15,16224090工作面两巷注浆孔布置图见图4.图4　注浆孔布置F ig .4　A rrange m en t of grouting bo reho le3.3　巷道维护效果采用上述原理和控制技术,己15,16224090工作面风巷围岩变形见图5.由图5可见,采用超前卸压和高强度、高预紧力的锚杆支护技术,减小了掘进影响期巷道变形速度及影响时间;巷道掘进20d ,应用高水速凝材料对两帮及底角注浆加固,顶底板、两帮相对移近速度快速降低并趋于稳定,两帮相对移近量、底鼓量显著减小.巷道变形稳定后顶741第2期 柏建彪等:深部巷道围岩控制原理与应用研究底板、两帮相对移近量分别小于600,350mm ,与原支护相比分别降低了55.2%,61.8%.该项技术控制了深井煤巷围岩变形、保持巷道围岩稳定,改善了深井煤巷维护状况.图5　巷道围岩变形F ig .5　D is p lace m en t of rock around roadw ay4　结　论1)深部巷道矿压显现特征是:塑性区、破碎区显著增加,特别是两帮和底角,控制两帮下沉和底角破坏是深部巷道支护的关键.2)转移高应力、减小巷道浅部围岩应力,是深部巷道围岩控制的一条重要技术途径.3)采用高强度、高预紧力的锚杆支护、注浆加固破碎围岩(重点是两帮和底角),提高破碎围岩残余强度和锚杆锚固力,实现深部巷道围岩稳定.参考文献:[1]　何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究[J ].岩石力学与工程学报,2005,24(16):280322814.H E M an 2chao ,X IE H e 2p ing ,PEN G Su 2p ing ,et al .Study on rock m echan ics in deep m in ing engineering [J ].Ch inese Journal of Rock M echan ics and Engi 2neering ,2005,24(16):280322814.[2]　何满潮.深部的概念体系和工程评价指标[J ].岩石力学与工程学报,2005,24(16):285422858.H E M an 2chao .Concep ti on syste m and evaluati on in 2dexes fo r deep engineering [J ].Ch inese Journal of Rock M echan ics and Engineering 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不等强承载体巷旁充填沿空留巷围岩应力与位移分布规律高明涛1,何希霖1,郭忠平2(1.新汶矿业集团有限责任公司,山东泰安271200;2.山东科技大学,山东青岛266510)[摘　要]　针对赵官煤矿1705工作面为沿空留巷的具体情况,设计了膏体充填体与矸石带组成的不等强承载巷旁充填体,并建立了该充填体与以锚网带、锚索为支护材料的巷内支护系统相耦合的沿空巷道支护模型。

通过数值模拟,研究了该类巷道的围岩应力和位移分布规律,为该类巷道围岩稳定性控制提供了依据。

[关键词]　不等强承载体;沿空留巷;围岩控制;数值模拟[中图分类号]T D 32 [文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2011)03-0051-05A n a l y s i s o f S u r r o u n d i n g R o c k S t r e s s a n dD i s p l a c e m e n t o f R o a d w a y R e t a i n e d a l o n g G o b a n dS i d e -s t o w e dw i t hU n -e q u a l S t r e n g t h L o a d e dB o d yG A OM i n g -t a o 1,H EX i -l i n 1,G U OZ h o n g -p i n g2(1.X i n w e n M i n i n gG r o u p C o .,L t d ,T a i a n 271200,C h i n a ;2.S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ,Q i n g d a o 266510,C h i n a )A b s t r a c t :F o r r e t a i n i n g r o a d w a y a l o n g g o b i n 1705M i n i n g F a c e o f Z h a o g u a nC o l l i e r y ,a p p l y i n g p a s t e m a t e r i a l a n dw a s t e r o c kt o c o m -p o s i n g r o a d w a y -s i d e s t o w i n g b o d y w i t h u n -e q u a l s t r e n g t h ,a s u p p o r t i n g m o d e l f o r r o a d w a y r e t a i n e d a l o n g g o bw a s s e t u p .T h e m o d e l i n -c l u d e ds t o w i n g b o d y a n ds u p p o r t i n gs y s t e m w i t ha n c h o r e db o l t ,m e s ha n dr o p e .B yn u m e r i c a l s i m u l a t i o n ,s t r e s s a n dd i s p l a c e m e n t o f s u r r o u n d i n g r o c kw a s r e s e a r c h e d .T h i s p r o v i d e d r e f e r e n c e f o r s u r r o u n d i n g r o c kc o n t r o l o f r o a d w a y r e t a i n e da l o n g g o b .K e yw o r d s :u n -e q u a l s t r e n g t h l o a d e d b o d y ;r e t a i n i n g r o a d w a y a l o n g g o b ;s u r r o u n d i n g r o c kc o n t r o l ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n[收稿日期]2011-01-10[基金项目]山东省技术创新资助项目(200910809064)[作者简介]高明涛(1985-),男,山东临朐人,硕士,工程师,从事矿山压力与岩层控制研究。