【文章內(nèi)容簡介】 60。西德學(xué)者雅可比將煤層開采條件理想化，即將巖體視為均質(zhì)的彈性體，對煤體下方底板巖層中的應(yīng)力分布進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到了應(yīng)力線的分布圖，如圖 12所示。其假設(shè)的條件是：采深為 800m，上覆巖層容重為 25KN/m。 圖中的單位是 10Mpa，因此圖中的等應(yīng)力線 2即相當(dāng)于原巖應(yīng)力 。顯然，在應(yīng)力傳播的范圍內(nèi)，可以取 2線為邊界，在煤體下方的一側(cè)為增壓區(qū)，而在采空區(qū)下方一側(cè)為減壓區(qū)。 根據(jù)理論計(jì)算式，可以繪出在集中力 P作用下巖體內(nèi)的垂直應(yīng)力 σz在水平方向及深度上的分布，如圖 13,由圖可以看出， 在水平方向上，隨著與集中力 P之間距離增加 σz逐減小。（二）應(yīng)力傳播角 若將圖 11巖體內(nèi) σz相等的線連結(jié)起來，則形成類似卵形的壓力泡，如圖 14所示。 與集中力 P作用點(diǎn)相連同壓力泡等值線相切的直線和垂直面夾角稱為 應(yīng)力傳播角， 通常支承壓力越大和煤柱尺寸越小，應(yīng)力傳播角越大，應(yīng)力傳播角一般變化在 250～ 550之間，我國部分地區(qū)應(yīng)力傳播角如表 2所示。一般煤體下方的巷道均應(yīng)布置在應(yīng)力傳播角以外。 即卸壓帶的邊界線與煤壁垂直線的夾角，大于 β角為低壓區(qū)，小于β角和煤壁下方為支承壓力的高壓區(qū)。底板愈硬， β角愈大，應(yīng)力集中程度愈低。一般來說，底板為煤層時(shí)， β角僅 150左右；而底板為巖層時(shí)， β角達(dá) 250以上 。⒈ 應(yīng)力增高區(qū) 這是開采工作引起的支承壓力經(jīng)煤層傳遞到底板巖層，在靠近采空區(qū)的煤體下方形成的大于原始應(yīng)力的增壓區(qū)，且愈靠近煤層，該集中應(yīng)力值愈大（圖 15中 A區(qū)）；⒉ 應(yīng)力降低區(qū) 由于開采后頂板巖石離層、冒落，在鄰近煤體的采空區(qū)下方底板巖層中形成應(yīng)力明顯低于原始應(yīng)力的卸壓區(qū)，且隨遠(yuǎn)離煤層其卸壓程度逐漸減小。（圖 15中 B區(qū)）⒊ 影響輕微區(qū) 位于煤體邊界處的采空區(qū)下方，介于應(yīng)力增高區(qū)和應(yīng)力降低區(qū)之間受采動(dòng)影響輕微的地區(qū)（圖 15中 C區(qū)）；⒋ 未受影響區(qū) 在煤層底板中，離煤體上支承壓力強(qiáng)作用區(qū)距離較遠(yuǎn)或深度較大，因而未受支承壓力影響的地區(qū)（圖 15中 D區(qū)） 從減輕巷道受壓的觀點(diǎn)看，顯然不應(yīng)將底板巖巷布置在 A區(qū)，但也不宜布置在離采空區(qū)很近的 B區(qū)，因?yàn)樵撎幍牡装鍘r層常常會(huì)朝采空區(qū)方向產(chǎn)生移動(dòng)和鼓起。從減小掘進(jìn)量，便于生產(chǎn)聯(lián)絡(luò)和利于維護(hù)等觀點(diǎn)看，也不宜將巖巷布置在 D區(qū)。根據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)，一般是將底板巖巷布置在 C區(qū)，而且它離煤層底板和煤體邊界面都應(yīng)有合適的距離。(二 )底板巖性的影響 z值關(guān)系 圍巖性質(zhì)對底板巖巷的 z～ u關(guān)系影響很大。下面在上部采動(dòng)狀況等一定條件下，討論圍巖性質(zhì)對 u－ z的影響。 圖 16列舉的所有巷道，在上部煤層跨采過程中，都只受上部工作面回采引起的前支承壓力作用，即荷載 P基本相同。只是巷道與上部煤層之間的垂距和圍巖性質(zhì)不同，而引起巷道圍巖變化量的變化。由圖 16可見 ： u的影響，遠(yuǎn)比巷道與上部煤層之間的垂距 z的影響要大。 在圍巖性質(zhì)一定的條件下， z值從５～ 1０ m， u值降低一半左右。在同一垂距下，由于巷道圍巖性質(zhì)不同， u值相差很大，圖 16中的四種巷道 u的比值為１： ： 11： 30。因此，確定底板巖巷位置時(shí)，首先應(yīng)選擇在圍巖比較穩(wěn)定的層位內(nèi)。即使這個(gè)層位與上部煤層的垂距偏小，它對巷道維護(hù)的影響也不會(huì)太大。反之，若巖巷位于圍巖松軟的層位內(nèi)，既使與上部煤層的垂距甚大，上部煤層采動(dòng)對巷道維護(hù)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。第三節(jié) 準(zhǔn)備巷道維護(hù)一、準(zhǔn)備巷道礦壓控制的基本途徑 準(zhǔn)備巷道礦壓控制主要包括以下三類方法和途徑：第一類：巷道保護(hù) ，是為了使圍巖應(yīng)力與巖體強(qiáng)度保持較適應(yīng)的關(guān)系，以便預(yù)防巷道失穩(wěn)或有效地減輕礦壓危害而采取的各種技術(shù)措施。第二類：巷道支護(hù) ，一般指借助安設(shè)各種礦山支架去預(yù)防巷道圍巖產(chǎn)生過度變形和防止巷道冒頂、片幫，以保證巷道正常使用。第三類：巷道維護(hù) ，是指對已進(jìn)行過支護(hù)的巷道，為了改善惡化的維護(hù)狀況和恢復(fù)其穩(wěn)定性所采取的一些措施，如巷道補(bǔ)棚、補(bǔ)柱、擴(kuò)幫、起底甚至重新支護(hù)。 分析目前所采用的各種礦壓控制措施，從其對付礦壓的原理來看主要有這些措施：抗、避、移、卸。即抵抗礦山壓力、避開高應(yīng)力區(qū)、移走高壓、釋放高壓。（ 一） 抵抗礦山壓力 巷道中的礦壓是客觀的自然現(xiàn)象，在采掘過程中企圖完全消除這種現(xiàn)象是不可能的，因此必須對巷道采取一定的支護(hù)形式，對礦山壓力實(shí)行 “ 抵抗 ” 。 抵抗礦山壓力主要是提高支架的支撐能力或支護(hù)密度，用加強(qiáng)支護(hù)的手段去抑制或減少圍巖移動(dòng)，增強(qiáng)巷道抗變形能力以對付礦壓的作用 。常采用的方法有： ① 增大型鋼重量或?qū)ζ溥M(jìn)行熱處理，提高支架的承載能力； ② 增加支護(hù)密度； ③ 充填支架背后空間； ④采用注漿加固技術(shù)； ⑤ 采用二次支護(hù)或聯(lián)合支護(hù)方式。 傳統(tǒng)的巷道礦壓控制方法中多以 “ 抗壓 ” 為主，即對礦山壓力實(shí)行 “ 硬 ” 抗，當(dāng)?shù)V山壓力顯現(xiàn)劇烈時(shí)，采用強(qiáng)行措施來取得對巷道的維護(hù)。這種方法巷道布置地點(diǎn)及掘巷時(shí)間可不受限制，但其不僅使巷道支護(hù)工作耗費(fèi)大量的人力物力，支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大，并使開采費(fèi)用大幅度提高，而且常不能取得滿意的效果。（二） 避開高應(yīng)力區(qū) 避開高應(yīng)力區(qū)就是將巷道布置在應(yīng)力經(jīng)重新分布后巖體已處于卸載狀態(tài)的天然低應(yīng)力區(qū)，從時(shí)間上或空間上躲開高應(yīng)力的作用。其具體措施：（ 1） 在煤體邊緣或煤體下方的低壓區(qū)內(nèi)布置巷道；（ 2）錯(cuò)過高壓作用的時(shí)間，等壓力充分穩(wěn)定后再掘巷。 這種方法可在不同程度上減輕巷道受壓，有利于支護(hù)工作，但有時(shí)要多開一些輔助巷道，或要求延遲掘進(jìn)時(shí)間，不利于采掘接替。（三） 移走高壓 移走高壓主要是通過人為方法使巷道受到松動(dòng)，形成卸載槽孔或其它形式的卸載空間，迫使載荷轉(zhuǎn)移到離巷道較遠(yuǎn)的地點(diǎn)，達(dá)到減輕巷道受壓的目的， 其具體措施為： （ 1）在巷幫或底板中形成御槽孔； （ 2）寬面掘進(jìn)或在巷旁故意留出御載空間； （ 3）用跨采工作面使巷道得到卸載。這種方法使巷道地點(diǎn)及掘進(jìn)時(shí)間不受限制，但要增加與采用卸壓措施有關(guān)的額外費(fèi)用。（四）釋放高壓 當(dāng)?shù)V山壓力較大時(shí)，采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施和保護(hù)支架本身不受嚴(yán)重?fù)p壞的前提下， 容忍圍巖產(chǎn)生一定的變形，以釋放部分能量 （也稱應(yīng)力釋放）。其具體措施為：（ 1）采用有一定工作阻力的可縮支架；（ 2）為巷道受壓收縮預(yù)留備用斷面；（ 3）容忍巷道底臌然后進(jìn)行機(jī)械化臥底；這種方法可在一定程度上利用圍巖自承力，減輕支架受載，應(yīng)用得當(dāng)可實(shí)現(xiàn)無維修護(hù)巷，對生產(chǎn)極有利，但是這種方法會(huì)增加支架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性或多支出掘進(jìn)和臥底費(fèi)用。二、 發(fā)揮支架與與圍巖共同承載作用 研究表明，井下支架的工作特征與一般的地面工程結(jié)構(gòu)有著根本性的區(qū)別，支架受載的大小不僅取決于本身的力學(xué)性質(zhì)（承載能力與剛性等），而且與其支護(hù)對象－圍巖本身的性質(zhì)和承載能力有著密切的關(guān)系。因此應(yīng)把 “ 支架－圍巖 ” 看成一個(gè)彼此密切有關(guān)的力學(xué)相互作用系統(tǒng)。 從廣義的角度來說，支架會(huì)在一定程度受到離它較遠(yuǎn)的被采動(dòng)巖體的影響，但通常所說的 “ 支架－圍巖 ” 系統(tǒng)主要是指支架與其直接相鄰的周圍小范圍巖體的相互作用， 具體來說就是指 “ 直接頂－支架－直接底板 ” 系統(tǒng)。 在這個(gè)系統(tǒng)中，支架與圍巖相互作用的狀況受到直接頂、底板巖性、支架本身的力學(xué)性質(zhì)，支架安設(shè)時(shí)間、安設(shè)的質(zhì)量等許多因素的影響。此外隨著時(shí)間的不同，如在掘進(jìn)初期、受采動(dòng)影響期間以及影響穩(wěn)定以后，支架與圍巖相互作用的狀況也是不同的。 在研究巷道控制問題時(shí)，必須把 “ 支架－圍巖” 看作是一個(gè)相互作用和共同承載的力學(xué)體系，如果從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)來正確調(diào)整和處理 “ 支架－圍巖” 的受力關(guān)系，就有可能在安全和經(jīng)濟(jì)的條件下達(dá)到保證巷道穩(wěn)定性的目的。（一）圍巖自身的承載能力 研究表明，圍巖不僅具有自承力，而且在一定的程度上還是一種天然承載構(gòu)件。例如，開掘在堅(jiān)硬巖層中的巷道常常不用人工支護(hù)就可以長期保持其穩(wěn)定性，在一部分礦井遇到的所謂 “ 巖石橋 ” 現(xiàn)象也是巖層能承擔(dān)上覆巖重的例子。即使巖層已遭到破壞或折斷，但是由于巖層之間的摩擦力或鉸鏈作