【正文】 淮北礦區(qū)巷道圍巖分類 、巷道斷面選擇 及 控制技術(shù) 按 上述 表格進(jìn)行 巷道圍巖穩(wěn)定性劃分后， 出現(xiàn)了不同 詳細(xì)的圍巖類別，進(jìn)行歸納整理如 以 下 兩 表所示，即淮北礦區(qū)巷道圍巖分類的初步結(jié)果，并給出對(duì)應(yīng)的支護(hù)對(duì)策與方案。因此在構(gòu)造區(qū)域，構(gòu)造應(yīng)力是影響巷道圍巖穩(wěn)定 的一個(gè)重要因素。構(gòu)造應(yīng)力的基本特點(diǎn)是以水平力為主，具有明顯的區(qū)域性和方向性。 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 24 （ 2）構(gòu)造應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力是由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在巖體中引起的應(yīng)力。 附加應(yīng)力指標(biāo) （ 1）采動(dòng)影響 此處主要考慮巖巷受工作面的采動(dòng)影響，而回采巷道受工作 面回采影響一般只需超前工作面巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)即可，不影響煤巷的圍巖分類。決定圍巖可注性的因素主要包括圍巖的裂隙發(fā)育程度、泥質(zhì)巖體所占比例、巖體的遇水膨脹性等。 （ 2）圍巖可注性 通過注漿可以將破碎圍巖重新膠結(jié)成整體，改善圍巖的結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)，既提高圍巖自身的承載能力，又為錨桿提供了可 靠的著力基礎(chǔ)，使錨桿對(duì)松散圍巖的錨固作用得以發(fā)揮。 圍巖工程性質(zhì)指標(biāo) 圍巖工程性質(zhì)是來量化巷道圍巖在支護(hù)工程施工中表現(xiàn)出的工程特性以及對(duì)支護(hù)手段的適應(yīng)性，主要包括以下指標(biāo)： （ 1）圍巖可錨性 若圍巖的可錨性差，錨桿沒有好的著力基礎(chǔ)，其錨固力會(huì)得不到有效發(fā)揮，因此圍巖可錨性的好壞決定著錨桿支護(hù)效能的發(fā)揮。 表 34 巖巷 基本 承載能力分級(jí)表 頂板承載能力系數(shù) 幫部承載 能力系數(shù) 底板承載能力系數(shù) 1K ≥4 2K ≥4 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ ≤ 2K ＜ 4 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ 2K ＜ 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ ≤ 1K ＜ 4 2K ≥4 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ ≤ 2K ＜ 4 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ 2K ＜ 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ 1K ＜ 2K ≥4 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ ≤ 2K ＜ 4 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 22 2K ＜ 3K ≥4 ≤ 3K ＜ 4 3K ＜ （ 2）煤巷承載能力分級(jí) 根據(jù)煤巷頂、煤體、底的不同承載能力對(duì)其基本承載能力進(jìn)行分級(jí)，其中，煤體的承載能力系數(shù)按其普 氏 系數(shù) f 選擇，具體分級(jí)如下表所示。 按照巷道圍巖實(shí)際受力情況及工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為 K 的取值與圍巖承載能力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： K ≥4，圍巖承載能力較高，圍巖穩(wěn)定性最好； ≤K ＜ 4，圍巖承載能力一般，圍巖穩(wěn)定性次之； K ＜ ，圍巖承載能力低，圍巖穩(wěn)定性最差。 課題采用巷道圍巖基 本承載能力作為礦區(qū)巷道圍巖分類的基本指標(biāo)。因此，埋深 H 可作為應(yīng)力指標(biāo)來反映巷道圍巖的穩(wěn)定性。由廣義虎克定律可知側(cè)壓力同樣也與上覆巖體的高度成正比，即圍巖中的應(yīng)力與巖體所處的深度成正比。同一圍巖性質(zhì)的巷道，處于不同的采深，其應(yīng)力狀態(tài)及顯現(xiàn)的規(guī)律不一樣。因此，巷道頂板強(qiáng)度 Rc 頂 、幫部強(qiáng)度 Rc 幫 、底板強(qiáng)度 Rc 底 對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定起到直接作用。圍巖強(qiáng)度的大小直接影響著作為承載結(jié)構(gòu)的圍巖的承載能力。巷道開挖后，圍巖不僅是淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 20 外部荷 載的傳遞介質(zhì)，同時(shí)還承受外部巖體傳來的荷載，對(duì)巷道空間起到保護(hù)作用。 課題針對(duì)淮北礦區(qū)的實(shí)際條件，抓住影響巷道圍巖的關(guān)鍵因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分類，將影響礦區(qū)巷道圍巖分類的指標(biāo)進(jìn)行梳理和歸類，分為基本指標(biāo)和補(bǔ)充指標(biāo)兩大類。 劃分指標(biāo)的選取與 分類步驟 在實(shí)際中，可供選擇的影響巷道圍巖分類的指標(biāo)往往很多，如考慮地質(zhì)因素、受力源、圍巖物理力學(xué)性質(zhì)、開采技術(shù)條件等，全面考慮各種影響因素是不現(xiàn)實(shí)的，但分類指標(biāo)的選取不是任意的，所選分類指標(biāo)的必須具備以以下特性： ① 有代表性，指標(biāo)間有明顯的差異性，每個(gè)指標(biāo)應(yīng)能反映對(duì)象的某一方面的特征一定的普遍適應(yīng)性； ② 可測(cè)性，具體指標(biāo)的選定還要考慮研究對(duì)象和目的，使指標(biāo)具有可測(cè)性： ③ 獨(dú)立性，同一層次的各指標(biāo)間盡量不相互重疊，相互間不存在因果關(guān)系： ④ 綜合性，選定的指標(biāo)體系應(yīng)能綜合反映對(duì)象各方面的特性或特征。 因此， 分類 方法采用 多綜合因素的綜合分類方法， 通過幾個(gè)綜合因素的 選擇，得到 所有 圍巖穩(wěn)定性的具體判定 ，然后對(duì)所有細(xì)化分類進(jìn)行歸納整理，得到礦區(qū)巷道圍巖 穩(wěn)定性的分類結(jié)果 。圍巖條件的復(fù)雜性、多變性是影響礦區(qū)巷道圍巖穩(wěn) 定性與支護(hù)難度的關(guān)鍵因素。 礦區(qū)巷道圍巖分類基本思路與方法 淮北礦業(yè)集團(tuán)主要開采閘河、臨渙、宿縣、渦陽(yáng) 4 個(gè)煤田，地質(zhì)類別跨度大，巷淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 19 道圍巖呈現(xiàn)復(fù)雜多樣性。在取得豐富的基淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 18 礎(chǔ)性實(shí)測(cè)資料和深化理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究定量分析方法，使圍巖穩(wěn)定性分類更具科學(xué)性、合理性和可操作 性。 （ 3） 按煤體強(qiáng)度進(jìn)行的煤層分類 煤體強(qiáng)度是決定巷道圍巖承載能力和巷道變 形量的關(guān)鍵因素，分為 3 類 1)當(dāng)煤體較穩(wěn)定， f 時(shí)，巷道最終變形量一般不超過 400 mm，為 a 類堅(jiān)硬型煤層； 2)當(dāng)煤體為中等穩(wěn)定狀態(tài)， f＝ ~ 時(shí)，巷道變形量可能達(dá)到 300~600 mm，為b 類中硬型煤層； 3)當(dāng)煤體屬于極松散軟弱狀態(tài)， f 時(shí)，巷道變形一般很大，可能達(dá)到 500~1000 mm，為 c 類松散型煤層。由此確定兩個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)：第一，頂板賦存狀態(tài)，它決定了巷道的基本支護(hù)方式，對(duì)安全可靠性影響大，必須準(zhǔn)確把握；第二，煤層硬度，它對(duì)巷道的最終變形量影響很大，在很大程度上決定著支護(hù)效果。 地質(zhì)力學(xué)評(píng)估的主要指標(biāo)都應(yīng)包括在圍巖分類中，但很多資料收集困難，比如地應(yīng)力狀況，整個(gè)礦區(qū)沒有開展過實(shí)測(cè)，因而該指標(biāo)不適合用于分類；巖石強(qiáng)度指標(biāo)也沒有系統(tǒng)地力學(xué)性能測(cè)試，不夠全面，且相差很大，難以用于分類。 礦區(qū)煤巷圍巖分類 （ 1）分類方法介紹 淮北礦業(yè)集團(tuán)主要開采 4 個(gè)煤田，地質(zhì)類別跨度大 ，影響巷道穩(wěn)定的因素復(fù)雜多變，因而煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)不得不更多地依賴于巷道圍巖穩(wěn)定性分類系統(tǒng)。短錨固拉拔試驗(yàn)應(yīng)在巷道施工現(xiàn)場(chǎng)或井下相似圍巖中進(jìn)行，每次不少于 3 根錨桿。 (3)圍巖的可錨性 短錨固拉拔試驗(yàn)是錨桿支護(hù)的常規(guī)實(shí)測(cè)項(xiàng)目 (見表 32)，用于評(píng)價(jià)巷道圍巖的可錨性?？刹捎勉@孔應(yīng)力解除法、微型水力致裂法實(shí)測(cè)地應(yīng)力。) 由工作面地質(zhì)說明書給出，或在井下直接量取 7 煤層的單向抗壓強(qiáng)度 ζcc (MPa) 在井下直接測(cè)取，或利用煤樣在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定 8 巷道埋深 H (m) 地表到巷道的垂直距離 9 原巖應(yīng)力大小與方向 井下實(shí)測(cè) 10 再生應(yīng)力大小和方向 安裝再生應(yīng)力傳感器進(jìn)行實(shí)測(cè)和監(jiān)測(cè)或通過數(shù)值模擬軟件計(jì)算得出 11 地質(zhì)構(gòu)造情況描述 工作面地質(zhì)說明書 12 水文情況描述 工作面地質(zhì)說明書 13 煤柱寬度 X (m) 煤柱的實(shí)際寬度 14 錨桿在頂板中的可錨性能 Pr (kN) 現(xiàn)場(chǎng)短錨固拉拔試驗(yàn)的拉拔力 Pr (kN) 15 錨桿在煤層中的可錨性能 Pr (kN) 現(xiàn)場(chǎng)短錨固拉拔試驗(yàn)的拉拔力 Pr (kN) 16 巷道幾何形狀與尺寸 滿足現(xiàn)場(chǎng)要求 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 16 地質(zhì)力學(xué)評(píng)估主要包括 3 部分內(nèi)容： (1)圍巖應(yīng)力 原巖應(yīng)力實(shí)測(cè)以及圍巖力學(xué)參數(shù)測(cè)試是煤巷錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)性實(shí)測(cè)工作，支護(hù)設(shè)計(jì)所需的地應(yīng)力參數(shù)必須通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)獲得。 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 15 3 礦區(qū)巷道圍巖分類 及合理斷面形狀 研究 03 年已開展的礦區(qū)煤巷圍巖分類 地質(zhì)力學(xué)評(píng)估 地質(zhì)力學(xué)評(píng)估為錨桿支護(hù)的科學(xué)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件調(diào)查、巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)測(cè)定、原巖應(yīng)力實(shí)測(cè)、再生應(yīng)力監(jiān)測(cè)及短錨固拉拔試驗(yàn)等。 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 13 礦區(qū) 生產(chǎn) 礦井開采水平 表 23 礦區(qū)生產(chǎn)礦井開采水平 列表 礦區(qū)及礦井 序號(hào) 礦井 水平個(gè)數(shù)及位置 主采煤層 煤巷支護(hù)形式 巖巷主要支護(hù)形式 第一水平 第二水平 第三水平 閘河礦區(qū) 1 袁莊 150m 290m 450m 下山 31， 32， 4，6 工字鋼 U 型鋼 2 朱莊 150m 250m 420m 下山 4， 5， 6 工字鋼 +錨桿 U 型鋼 3 朔里 200m 上下山 3， 5， 6 工字鋼 +錨桿 U 型鋼 4 石臺(tái) 250m 450m 450m 下山 3 工字鋼 U 型鋼 5 岱河 250m 350m 350m 下山 3， 4， 5 工字鋼 U 型鋼 6 楊莊 170m 330m 500m 5， 6 工字鋼 +錨桿 U 型鋼 臨渙礦區(qū) 7 臨渙 450m 450m 下山 650m 在建 7， 8， 9， 10 U 型鋼 U 型鋼 8 海孜 475m 700m 3， 4， 7， 8，9， 10 工字鋼 +錨桿 U 型鋼 9 童亭 500m 上山 500m 下山 陳樓 塊段400m 7， 8， 10 工字鋼 +錨桿 U 型鋼 10 許疃 500m 32， 71， 72，8 工字鋼+U 型鋼 U 型鋼 +錨桿 宿縣礦區(qū) 11 朱仙 莊 435m 680m 二水平在 建 8， 10 U 型鋼 +錨桿 U 型鋼 12 蘆嶺 400m 590m 900m 8， 9， 10 U 型鋼 U 型鋼 13 桃園 520m 800m 已做好 5， 7， 8， 10 U 型鋼 +錨桿 U 型鋼 +錨桿 14 祁南 550m 800m 3， 6， 7， 10 U 型鋼 +錨桿 U 型鋼 +錨桿 15 孫疃 545m 7， 10 U 型鋼 +錨桿 U 型鋼 +錨桿 16 楊柳 569m 10 錨桿 +U型鋼 U 型鋼 +錨桿 亳州礦區(qū) 17 渦北 640m 8 U 型鋼 U 型鋼 18 劉店 641m 10 U 型鋼 U 型鋼 籌備礦井 19 青東 585m 81， 82 20 袁店 1 748m 3， 10 21 袁店 2 560m 7， 8 淮 北礦區(qū)深部開采巷道地壓控制及頂板災(zāi)害防治關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究 結(jié)題 報(bào)告 14 小結(jié) （ 1） 從淮北礦區(qū)的圍巖條件、開采水平、 地質(zhì)力學(xué)特征、 礦壓顯現(xiàn)特征可知，礦區(qū)內(nèi)圍巖賦存條件十分復(fù)雜 、 多變 ， 地質(zhì)條件的多 變性 給圍巖分類工作帶來很 多不確定因素 。 掘進(jìn)期間巷道兩幫移近量在 500~900 mm，頂?shù)装逡平吭?300~500 mm。 9 煤層屬于 “三軟 ”煤層，煤層的普式硬度系數(shù)一般小于 ，頂板一般為泥巖或者砂質(zhì)泥巖，遇水易膨脹，容易造成底臌，巷道幫、頂損壞，巷道壓力 增大，支護(hù)難度加大，巷道維護(hù)量增大； 采空區(qū)老塘水對(duì) 9 煤層巷道掘進(jìn)影響較大，水不但影響巷道環(huán)境，而且影響支護(hù)強(qiáng)度、質(zhì)量，造成巷道的底臌量大，壓力大，巷道容易冒頂、片幫，同時(shí)還受到采動(dòng)影響，巷道維護(hù)極其困難。采掘工作面經(jīng)常出現(xiàn)冒頂、漏頂現(xiàn)象，頂板管理十分困難，屬 Ⅳ 類頂板。） 彈性模量 (MPa) 10 煤 底板 103 10 煤 頂板 103 7 煤 底板 103 7 煤 頂板 103 4）蘆嶺煤礦 目前開采的煤層有 10 煤層 二采區(qū) 8 煤層頂板較為平整，穩(wěn)定性較好，裂隙不太發(fā)育，屬 II 類頂板，局部為III 類頂板。 孫疃礦 10 煤、 7 煤頂?shù)装鍘r層抗壓強(qiáng)度見表 22。 Ⅱ 5 回風(fēng)上山巷道主體工程位于斷層群內(nèi)，縱穿十多個(gè)巖層，支護(hù)難度極大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，底鼓量部分地段高達(dá)1300 mm，最小也為 300 mm，平均 600 mm。 (a) 巷道底鼓 (b)巷道變形情況 圖 21 朱仙莊礦二水平巷道圍巖變形 巷道主體工程位于斷層群內(nèi)，縱跨十多層巖層，層位結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，層理紊亂，裂隙十分發(fā)育，巖石強(qiáng)度很低，屬于典型的松軟破碎巖層。 2）許疃煤礦 許疃煤礦主采 3 7 7 82煤層，巷道圍巖的物理力學(xué)參數(shù)見表 21。 7 煤、 8 煤層回采巷道特別是沿空掘進(jìn)巷道的圍巖穩(wěn)定性極差，巷道變形量大，前掘后修，架棚巷道主要表現(xiàn)為鋼梁彎曲、失穩(wěn)變形，棚腿鉆底或赤腳、底鼓嚴(yán)重和頂板下沉。 臨 渙 礦 區(qū) 1）童亭煤礦 童亭