【正文】 力而產(chǎn)生底臌。如果在工作面一側(cè)的巷旁開(kāi)一巷道，則回采巷道的受力狀態(tài)就會(huì)發(fā)生很大變化，此時(shí)卸壓煤柱的作用是傳遞應(yīng)力，而不是承受應(yīng)力。卸壓 煤柱壓碎以后，可將作用在其上的應(yīng)力傳遞到較遠(yuǎn)的煤體上，使得卸壓煤柱下的底板卸載，從而減小了巷道的底臌量。 上述方法控制底臌的機(jī)理均在于將高應(yīng)力向深部圍巖轉(zhuǎn)移，在底板形成應(yīng)力降 低區(qū)，從而減小底板的破壞范圍，阻止底板向巷道內(nèi)移動(dòng)。它們都有各自的適用范圍。底板切縫或打鉆法在巷道兩幫移近量小的情況下效果比較明顯。相反，隨著兩幫移近量的增大，縫有可能閉合，起不到卸壓作用。松動(dòng)爆破工序比較復(fù)雜，有時(shí)還影響生產(chǎn)，所以在許多情況下不能采用。 （ 4）巷旁充填法 巷旁充填法控制底臌的原理與卸壓煤柱相似，首先把巷道兩幫一定范圍 內(nèi)的煤采出，再填入充填材料，但充填材料的抗壓強(qiáng)度不超過(guò)頂?shù)装鍘r層，要求充填材料既有一定的支護(hù)阻力又有較好的讓壓性能，使巷幫應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，達(dá)到控制底臌的作用。 （ 5）聯(lián)合支護(hù)法 根據(jù)具體條件，綜合運(yùn)用以上技術(shù)。 聯(lián)合法即將上述技術(shù)聯(lián)合起來(lái)，一方面將巷道周邊（特別是底板）的應(yīng)力盡量向圍巖深部轉(zhuǎn)移，另一方面提高圍巖的自承能力，并給予一定的支護(hù)力。聯(lián)合法適合應(yīng)力集中程度大、底臌嚴(yán)重的情形。 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 5 加固巷道幫、角的措施有幫角注漿和幫角錨桿，其作用是： ① 減弱巷道角部應(yīng)力集中程度，在兩幫及角 部形成自承能力較高的承載拱以控制兩幫和底角圍巖塑性區(qū)的發(fā)展； ② 提高巷道兩幫與角部（尤其是底角）圍巖的自承能力，減少兩幫的變形； ③ 通過(guò)加固巷道幫、角，減少由于兩幫破裂壓縮下沉所造成的底臌、體積膨脹量、頂板的破裂和離層，從而減少巷道底臌和頂板下沉量。 目前， 針對(duì)雙采動(dòng)影響下巷道圍巖控制研究較少， 幾乎所有的回采巷道底臌控制技術(shù)都只能適應(yīng)一定的條件。對(duì)一條特定的巷道來(lái)說(shuō)，其底臌控制技術(shù)必須進(jìn)行具體的分析。在選擇底臌控制措施時(shí)，通常考慮兩個(gè)因素：底臌控 制效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，如果成本高昂，即使有著良好的底臌控制效果也不可能在礦山廣泛推廣應(yīng)用。 本項(xiàng)目的主要研究 內(nèi)容及目標(biāo) 主要研究?jī)?nèi)容 針對(duì)古書(shū)院煤礦 15煤層預(yù)留巷道 圍巖變形 的特點(diǎn)，對(duì)以下幾方面的內(nèi)容進(jìn)行研究： （ 1）試驗(yàn)巷道的地質(zhì)和生產(chǎn)條件詳細(xì)調(diào)查； （ 2）研究巷道底板受力、變形特征； （ 3）試驗(yàn)巷道底臌原因及機(jī)理分析； （ 4）采用大型有限元分析數(shù)值計(jì)算軟件，結(jié)合相似模擬，對(duì)受雙采動(dòng)影響的試驗(yàn)巷道圍巖應(yīng)力、變形和破壞范圍計(jì)算，分析各種因素對(duì)巷道底板穩(wěn)定性的影響； （ 5）針對(duì)受雙采動(dòng)影 響、嚴(yán)重底臌的預(yù)留巷道，研究制定科學(xué)合理的巷道圍巖控制技術(shù)； （ 6）制定巷道井下施工和礦壓監(jiān)測(cè)方案； （ 7）指導(dǎo)日常監(jiān)測(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)處理分析； （ 8）總結(jié)試驗(yàn)研究成果，編寫(xiě)課題研究報(bào)告。 技術(shù)關(guān)鍵 （ 1）沿 工作面切眼 欲裂爆破 泄壓 圍巖 控制 關(guān)鍵技術(shù)； （ 2）沿軌道巷欲裂爆破 泄壓控制底臌 關(guān)鍵技術(shù)； （ 3）雙采動(dòng)影響下預(yù)留巷道圍巖綜合 控制技術(shù) ； （ 4）側(cè)向鉆孔應(yīng)力監(jiān)測(cè)及規(guī)律分析。 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) （ 1）巷道兩幫相對(duì)移近量控制在 300mm 以?xún)?nèi)； （ 2）頂?shù)装逑鄬?duì)移近量控制在 300mm 以?xún)?nèi)； （ 3）保證 1523092 巷道在兩次回采期間的安全使用。 項(xiàng)目研究技術(shù)路線(xiàn) 項(xiàng)目研究手段主要包括方案設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與分析，理論分析，數(shù)值模擬等。 項(xiàng)目研究技術(shù)路線(xiàn)如圖 2 所示。 古 書(shū) 院 礦 1 5 煤 預(yù) 留 巷 道 雙 采 動(dòng) 影 響 下 圍 巖 控 制技 術(shù) 研 究現(xiàn) 場(chǎng) 資 料 調(diào) 研 與 分 析地 質(zhì) 力 學(xué) 環(huán) 境 分 析實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)煤 巖 樣 的 物 理 力 學(xué) 參 數(shù) 測(cè) 試現(xiàn) 場(chǎng) 采 取 煤 巖 樣 的 標(biāo) 準(zhǔn) 試 樣 加 工雙 采 動(dòng) 影 響 下 預(yù) 留 巷 道 圍 巖 變 形數(shù) 值 模 擬理論分析與研究巷 道 底 板 受 力 、 變 形 特 征研 究雙 采 動(dòng) 力 源 機(jī) 制 分 析試 驗(yàn) 巷 道 底 臌 原 因 及 機(jī) 理分 析現(xiàn) 有 巷 道 支 護(hù) 效 果 定 性 評(píng)價(jià)古 書(shū) 院 礦 1 5 煤 層 預(yù) 留 巷 道圍 巖 控 制 技 術(shù)古 書(shū) 院 礦 成 套 工 藝 與 技 術(shù)古 書(shū) 院 礦 技 術(shù) 推 廣 與 應(yīng) 用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及分析超 前 支 撐 壓 力 及 側(cè) 向 應(yīng) 力 監(jiān) 測(cè)回 采 巷 道 圍 巖 變 形 監(jiān) 測(cè)預(yù) 留 巷 道 圍 巖 側(cè) 向 支 承 壓 力 監(jiān) 測(cè) 圖 2 項(xiàng)目研究技術(shù)路線(xiàn)圖 2. 項(xiàng)目研究 總體 技術(shù)方案 預(yù)留巷道圍巖 物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試 現(xiàn)場(chǎng)采取煤樣、巖樣，測(cè)試 其抗壓強(qiáng)度、彈性模量、波速等物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行 1523103 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 7 巷道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、地質(zhì)力學(xué)環(huán)境分析等 。測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表 1。 表 1 煤巖樣力學(xué)參數(shù) 測(cè)試結(jié)果 試件 編號(hào) 試件形狀 試件尺寸 /mm 視度度/kg/m3 波速 /m/s 抗壓強(qiáng)度/MPa 彈性模量/GPa 變形模量 /GPa 試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研制的 RMT150B 型巖石力學(xué)伺服試驗(yàn)機(jī)上完成。該試驗(yàn)系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制器、手動(dòng)控制器、液壓控制器、液壓作動(dòng)器、三軸壓力源、液壓源以及進(jìn)行各種功能的試驗(yàn)附件等組成，如圖 3 所示。 該 套巖石力學(xué)伺服試驗(yàn)系統(tǒng)是專(zhuān)為巖石和混凝土類(lèi)工程材料進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，具有多種試驗(yàn)功能，可進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)、單軸直接 拉伸試驗(yàn)、單軸間接拉伸試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)等。在試驗(yàn)過(guò)程中，操作者可以進(jìn)行干預(yù)，切換控制方式，改變控制參數(shù)（力和變形），選擇試驗(yàn)參數(shù)如加載速率、變形速率、力、變形及行程的極限值等相關(guān)參數(shù)，也可以預(yù)先設(shè)計(jì)試驗(yàn)控制步驟，可由實(shí)驗(yàn)機(jī)自動(dòng)來(lái)完成。試驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)退回到初始狀態(tài)，并能方便的讀出試驗(yàn)結(jié)果，包括試件的全程應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn)，如軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變、軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)變、軸向應(yīng)力與體積應(yīng)變、峰值強(qiáng)度、彈性模量、泊松比以及整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中采集到的載荷、變形和位移等數(shù)據(jù)文件，為試驗(yàn)者進(jìn)一步分析提供了有用的參 數(shù)。 圖 3 巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)及控制系統(tǒng) 預(yù)留巷道圍巖變形數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn) 采區(qū)內(nèi)的巷道多受動(dòng)壓 (即采動(dòng) )影響，開(kāi)拓巷道多受靜壓影響，而很少或不受采動(dòng)影響。 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 8 巷道礦山壓力的觀測(cè)可分為采區(qū)巷道礦壓觀測(cè)和開(kāi)拓巷道礦壓觀測(cè)?；夭上锏?從開(kāi)掘到報(bào)廢，由于采動(dòng)影響造成圍巖應(yīng)力重新分布，巷道圍巖變形會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)和變化。例如相鄰區(qū)段回采影響的 預(yù)留 1523092 巷道 ，其圍巖變形要經(jīng)歷五個(gè)時(shí)期（見(jiàn)圖 4）。 （ 1）煤體內(nèi)開(kāi)掘巷道后，巷道圍巖出現(xiàn)應(yīng)力集中，在形成塑性變形區(qū)的過(guò)程中，圍巖向巷道空間顯著位移。隨著掘出時(shí)間的延長(zhǎng)，圍巖變形速度將日趨緩和。在煤體內(nèi)掘進(jìn)巷道的周邊位移量取決于開(kāi)采深度和巷道的圍巖性質(zhì)。 （ 2）掘巷引起的圍巖應(yīng)力重新分布趨向穩(wěn)定后，由于煤層一般都具合流變性質(zhì)，即使應(yīng)力不變，圍巖變形還會(huì)隨時(shí)間而緩慢地不斷增長(zhǎng)，但其變形速度比剛掘巷期間要 小得多。 （ 3）巷道受上區(qū)段工作面 (A)的回采影響后，隨著回采引起的支承壓力的增長(zhǎng)，巷道圍巖應(yīng)力再次重新分布，塑性區(qū)顯著擴(kuò)大，圍巖變形急劇增長(zhǎng)。在工作面 (A)后方附近，回采引起的支承壓力和巷道的圍巖變形速度都達(dá)到最大值。遠(yuǎn)離工作面后，隨著支承壓力的降低，巷道圍巖變形速度會(huì)逐漸衰減。巷道的圍巖性質(zhì)和煤住寬度對(duì)該時(shí)期的圍巖變形有很大影響。 （ 4）回采引起的應(yīng)力重新分布趨向穩(wěn)定后，巷道圍巖的變形速度再一次顯著降低，但其變形量仍按流變規(guī)律緩慢而不斷地增長(zhǎng)。 （ 5）巷道受本區(qū)段工作面 (B)的回采影響時(shí)，由于上、下區(qū)段 回來(lái)引起的支承壓力相互重疊，使巷道周?chē)膽?yīng)力比只受上區(qū)段采動(dòng)影響時(shí)急劇增高，引起巷道園巖應(yīng)力又一次重新分布，塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，圍巖變形比受上區(qū)段采動(dòng)影響時(shí)更加強(qiáng)烈。 可見(jiàn)上下區(qū)段巷道同掘時(shí)，上區(qū)段回風(fēng)巷道從開(kāi)掘到廢棄整個(gè)服務(wù)期間的圍巖變形量 u應(yīng)為上述五個(gè)時(shí)期變形量之和。為了便于計(jì)算，將五個(gè)影響時(shí)期的圍巖變形量劃分為由采動(dòng)引起的附加變形量和采動(dòng)影響穩(wěn)定期間的變形量?jī)刹糠帧t巷道圍巖的總變形量為： u=u0+v0t0+u1+v1t1+u2 式中 u0—— 掘巷引起的附加變形量， mm； v0—— 掘巷影響穩(wěn) 定后的圍巖變形速度， mm/d； t0—— 巷道從掘進(jìn)至工作面 (A)回采時(shí)的維護(hù)時(shí)間， d； u1—— 巷道初次受工作面 (A)回來(lái)影響引起的附加變形量， u1； v1—— 回采影響穩(wěn)定后的變形速度， mm/d； 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 9 t1—— 上、下區(qū)段工作面開(kāi)采的間隔時(shí)間， d； u2—— 巷道再次受工作面 (B)回采影響引起的附加變形量， mm。 圖 4 受雙采動(dòng)影響區(qū)段平巷圍巖變形過(guò)程 Ⅰ —— 掘巷引起的圍巖變形區(qū)；Ⅱ —— 掘巷影響穩(wěn)定后的圍巖變形區(qū)；Ⅲ —— 受回采影響的圍巖變形區(qū)；Ⅳ —— 回采穩(wěn)定后的圍巖變形區(qū)；Ⅴ —— 受下區(qū)段影響的圍巖變形區(qū) 目前，采場(chǎng)有限元數(shù)值模擬主要還在建立力學(xué)模型后的應(yīng)力分析方面。大都是建立某一開(kāi)采階段的力學(xué)模型（如上述為老頂?shù)某醮蝸?lái)壓前），然后研究不同因素變化所帶來(lái)的應(yīng)力，如圖 5 為使用 FLAC3D 建立的 一個(gè)實(shí)例 模型。 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 10 圖 5 采場(chǎng)圍巖應(yīng)力數(shù)值模擬模型實(shí)例 回采巷道圍巖變形監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)內(nèi)容： 152309 工作面 三條順槽（ 1523091 巷道、 1523092 巷道、 1523093 巷道） 變形的 持續(xù)觀測(cè)。 監(jiān)測(cè)目標(biāo)： 回采 巷道變形發(fā)生、發(fā)展、穩(wěn)定規(guī)律研究；工作面采動(dòng)對(duì)巷道影響 分析；回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)改進(jìn)。 主要觀測(cè)儀器：鋼尺， 測(cè)桿 。 測(cè)站 布置： 布置在工作 面 前方不受采動(dòng)影響 的區(qū)域 內(nèi)，距工作面 60m～ 100m 以 外 。為了有對(duì)比性， 擬在 3 條回采 巷道內(nèi) 分別 布置 3 個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站間距 50m。每個(gè)測(cè)站 擬設(shè)置 5個(gè) 測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為 5m。 共計(jì) 45 個(gè)測(cè)點(diǎn)。 152309 工作面回采巷道圍巖變形測(cè)點(diǎn)布置 如圖 6。在運(yùn)輸巷道內(nèi)設(shè)置觀測(cè)站時(shí)，觀測(cè)可能影響生產(chǎn)；生產(chǎn)過(guò)程也可能將測(cè)站損壞。如果生產(chǎn)和觀測(cè)互相影響，可在巷道一側(cè)開(kāi)掘煤 龕 ，并在煤 龕 里安設(shè)測(cè)量?jī)x器。煤 龕 的規(guī)格一般為 2mX3m左右，沿煤層開(kāi)掘并保持頂板完好。如 果生產(chǎn)和觀測(cè)互不妨礙，應(yīng)盡量 觀測(cè) 站布置在巷道內(nèi)，這樣可以獲得巷道圍巖移動(dòng)及其支架的真實(shí)情況。 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 11 切眼1 5 2 3 0 9 工 作 面1 5 2 3 0 9 1 巷1 5 2 3 0 9 2 巷（ 原 1 5 2 3 1 0 3 巷 ）測(cè) 站 1 1測(cè) 站 1 2測(cè) 站 1 3測(cè) 站 2 1測(cè) 站 2 2測(cè) 站 2 3測(cè) 站 3 1測(cè) 站 3 3 測(cè) 站 3 21 0 0 m測(cè) 站 間 距 5 0 m , 測(cè) 點(diǎn) 間 距 5 m .1 5 2 3 0 9 3 巷（ 原 1 5 2 3 1 0 2 巷 ） 圖 6 152309 工作面回采巷道圍巖變形測(cè)點(diǎn)布置示意圖 測(cè)點(diǎn)安設(shè)方法 ： 先在頂板上打一個(gè)深為 100mm～ 200mm、直徑約為 40mm 的鉆眼，在眼中打入木塞，木塞上訂上作為測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的基釘，鐵 釘 頭部鉆有 — 圓穴，如 圖 7 所示。在頂、底板垂線(xiàn)方向以同樣的方法在底板設(shè)基點(diǎn)。如果頂板巖層比較堅(jiān)硬乎整，也可用彩色油漆標(biāo)明觀測(cè)基點(diǎn)。在測(cè)量過(guò)程中，要注意保護(hù)基點(diǎn)，避免移動(dòng)或損 壞，以保證測(cè)量精度。兩幫觀測(cè)基點(diǎn)的安設(shè)方法與頂?shù)装寤鞠嗤M可能使觀測(cè)截面內(nèi)各對(duì)測(cè)點(diǎn)在同一平面上。 測(cè)點(diǎn)選用十字布置方式。 圖 7 回采巷道變形規(guī)律觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置 超前 支撐壓力及側(cè)向應(yīng)力觀測(cè)與分析 監(jiān)測(cè)方法及內(nèi)容： 15煤預(yù)留巷道雙采動(dòng)影響下圍巖控制技術(shù) 12 (1) 超前支護(hù)區(qū)單體支柱壓力觀測(cè)； (2) 超前支護(hù)區(qū)圍巖應(yīng)力觀測(cè)； (3) 預(yù)留回采巷道圍巖應(yīng)力觀測(cè)； 監(jiān)測(cè)目標(biāo)： (1) 工作面超前支承壓力演化規(guī)律，分布規(guī)律，影響范圍，集中程度，峰值位置等關(guān)鍵參數(shù)； (2)