【正文】 水平標(biāo)高 主應(yīng)力 /MPa P1/P2/P3 主應(yīng)力方向（夾角） / ? x y z 3213面 － 460 108 19 85 30 71 67 23 1215W（石門） － 463 47 45 132 82 76 協(xié)莊礦地應(yīng)力測試結(jié)果 地應(yīng)力特征 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 巖性特征 ?高應(yīng)力下圍巖破碎嚴(yán)重 ?蠕變嚴(yán)重 ?巖石峰后狀態(tài)和性質(zhì)、長時強(qiáng)度發(fā)生變化 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 礦壓顯現(xiàn)特征 ? （ 1） 塑性區(qū) 、 破碎區(qū)范圍顯著增加； ? （ 2) 兩幫和頂 、 底角破碎區(qū)顯著增大 ， 圍巖變形顯著增加； 原因： 水平應(yīng)力增加 ， 兩幫煤軟 ， 角部應(yīng)力集中 。 Hoek, 1978) 開采深度 巖層因自重引起的垂直應(yīng)力隨深度增加呈線性增大。 圍巖單軸抗壓強(qiáng)度 / MPa 巷道極限深度 / m 20 150 20 ~ 30 300 ~ 400 30 ~ 60 650 ~ 750 60 1000 極限深度 以上支護(hù)簡單 、 易維護(hù)；以下則明顯困難 。 國內(nèi)的情況 1. 背景和意義 2.“ 深井”的概念 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 深井概念：由礦井深度和巖性兩個因素決定 。 ? 我國人口眾多 ， 用煤量大 ， 不可能關(guān)閉深部礦井而依靠進(jìn)口煤炭 。 國外的研究狀況 1. 背景和意義 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ? 我國是世界產(chǎn)煤大國 ， 也是用煤大國 。 1. 背景和意義 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ? 世界主要采礦國家對礦井深部開采的這些技術(shù)難題從理論上及實用技術(shù)上進(jìn)行了許多研究，取得了可喜成果，但一些主要難題未能從根本上解決。 ? 由于開采深度的加大 ， 巖體應(yīng)力急劇增加 ， 地溫升高 ， 當(dāng)巖體應(yīng)力達(dá)到甚至超過巖石抗壓強(qiáng)度時 ， 有關(guān)巖體力學(xué)科學(xué)與工程的若干問題由量變逐漸發(fā)生質(zhì)的變化 ， 造成資源開采的極端困難 ， 并引發(fā)礦井重大安全事故危險性增加 ，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn) 。 1. 背景和意義 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ? 我國國有大中型煤礦開采深度每年約以 9 m的速度向深部增加 。深井巷道圍巖控制培訓(xùn) 中國礦業(yè)大學(xué) 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 1 背景和意義 2 “ 深井 ” 的概念 3 深井巷道的巖性與礦壓顯現(xiàn) 4 巷道圍巖控制的基本途徑 5 錨桿 、 錨索支護(hù)系統(tǒng) 6 圍巖注漿加固 7 巷道圍巖的應(yīng)力轉(zhuǎn)移技術(shù) 8 深井巷道二次支護(hù)思路和原則 9 控制技術(shù)匯總 主 要 內(nèi) 容 1. 背景和意義 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ? 低強(qiáng)度軟巖 ? 膨脹性軟巖 ? 高應(yīng)力軟巖 ? 節(jié)理化軟巖 ? 復(fù)合型軟巖 軟巖的分類 可見，判斷是否是軟巖應(yīng)從應(yīng)力和巖性兩方面考慮。當(dāng)巖性軟弱時，應(yīng)力不大圍巖同樣會破壞。 一些老礦區(qū)和缺煤礦區(qū)相繼進(jìn)入深部開采階段 。 深井軟巖成為重點 1. 背景和意義 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 深部開采的主要嚴(yán)重問題 ? 1）井巷維護(hù)困難、維護(hù)費用高，影響生產(chǎn)； ? 2）采場頂板破碎，冒頂事故的危害增大； ? 3）鑿井困難增加，提升等井筒設(shè)備不能適應(yīng)深井的需要； ? 4）沖擊礦壓、煤與瓦斯突出危險加大； ? 5）地溫升高，惡化生產(chǎn)環(huán)境，影響生產(chǎn)； ? 6）瓦斯涌出量增加，瓦斯爆炸危險加大； ? 7）礦井水壓力和涌出量增加，突水事故的危險性加大。 ? 英國、德國這些采礦技術(shù)水平較高的國家也未能解決深部開采的若干技術(shù)難題，采礦成本隨采深加大而不斷增加，最終導(dǎo)致關(guān)閉大批礦井，生產(chǎn)中急需的煤炭不得不依靠進(jìn)口。 我國煤炭儲量大部分埋藏在深部 ， 埋深大于 600 m 和 1000 m 的儲量分別占到 % 和 %。 因此 ， 無論從戰(zhàn)略高度還是從當(dāng)前生產(chǎn)實際出發(fā) ， 都迫切需要積極開展深部開采中的基礎(chǔ)理論研究 ， 以求在新理論的指導(dǎo)下 ， 使實用技術(shù)有新的突破和發(fā)展 ， 使礦井深部開采走上安全 、 高產(chǎn)高效的健康軌道 。 礦井由淺部過渡到深部的深部界限稱為 “ 極限深度 ” 。 表 1 巷道極限深度表 2.“ 深井”的概念 3. 巖性與礦壓顯現(xiàn) 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ?垂直應(yīng)力 (Brown amp。 地應(yīng)力特征 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ?水平應(yīng)力 水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比 (Brown amp。 ? （ 3） 底鼓嚴(yán)重； ? （ 4) 控制兩幫變形和底鼓是關(guān)鍵 。 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 （ 2） 巷道兩幫下沉引起底鼓 ：兩幫下沉、底角破壞，水平應(yīng)力擠壓，底板淺部鼓起，頂板下沉、離層 。 深井巷道底鼓機(jī)理 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 圖 34 巷道底板垂直位移 No—— 垂直位移為零； N—— 零應(yīng)變點 圖 33 巷道底板深基點位移 深井巷道底鼓機(jī)理 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 （ 4） 力學(xué)計算 Q(y) 作用下 M點的位移：根據(jù)彈性力學(xué)理論 ， 平面應(yīng)變條件下的半無限平面體 ， Q(y)dy 載荷作用下 M點的垂直位移分量 dux 圖 35 力學(xué)計算簡圖 (31) 222222 ]a rc t a n)21()l n()1[(d)()()1(dyxxyIyxxyxyyQyxExux ?????????? ???? 深井巷道底鼓機(jī)理 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 Q(y) 作用下， M點的垂直位移 ux 等于式（ 1）在 [a,b]區(qū)間上的積分。 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 （ 2）支護(hù)技術(shù) 從軸對稱圓巷的彈塑性分析 —— 卡斯特納方程中可以看出：由于支護(hù)反力 P 的作用 ， 加大了塑性區(qū)應(yīng)力而減小了塑性區(qū)半徑 。 （ 2）減小巖體應(yīng)力 ? 合理布置巷道 時間、空間上減少巷道承受支承壓力影響；巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)；合理設(shè)計煤柱尺寸；考慮最大水平應(yīng)力的影響。 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 （ 3）巷道支護(hù) ? 巷道金屬支架 作用：給圍巖提供支護(hù)阻力；使用高強(qiáng)度可縮金屬支架，控制和適應(yīng)圍巖變形。 基本途徑 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 加固幫、角控制底鼓 ? 國內(nèi)外傳統(tǒng)控制底鼓的方法一般都是圍繞底板進(jìn)行的。 ? 方法是：底板錨桿、增加底梁（底拱）、底板開槽卸壓、底板注漿等。 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 （ 1） 試驗一：錨桿加固 （柳新煤礦） 表41 支護(hù)方式 加固幫、角控制底鼓 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 試驗編號 巷道表面移近量／ mm Ⅰ 、 Ⅱ 項試驗與 Ⅲ 對比 頂?shù)装? 兩 幫 移近量減少值／mm 移近量減少百分?jǐn)?shù)／ % 頂?shù)装? 兩 幫 頂?shù)装? 兩 幫 Ⅰ 374 264 586 314 Ⅱ 275 90 685 488 Ⅲ 960 578 表 42 試驗效果對比 加固幫、角控制底鼓 （ 1） 試驗一：錨桿加固 （柳新煤礦） 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 （ 2）試驗二：注漿加固 （權(quán)臺礦注漿孔布置） ?注漿孔布置 ?注漿材料、工藝、費用 ?材料： ZKD高水速凝材料，水灰比 ? 1 ?注漿壓力： ~ MPa 加固幫、角控制底鼓 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 對比項目 巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD（ %） 鉆孔測定強(qiáng)度（ MPa） 注漿前 注漿后 表 43 權(quán)臺礦（深度 680 m）注漿效果 （ 2）試驗二：注漿加固 （權(quán)臺礦注漿孔布置） 加固幫、角控制底鼓 5. 錨桿、錨索支護(hù)系統(tǒng) 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 背景 （ 1） 傳統(tǒng)的懸吊 、 組合梁 、 組合拱理論及計算是針對彈性狀態(tài)的完整巖體； （ 2） 研究錨桿支護(hù)對圍巖 E、 C、 ? 的改善也限于巖體破碎前的彈性狀態(tài)； （ 3） 煤巷圍巖松軟破碎 ， 采動應(yīng)力高；圍巖塑性區(qū) 、 破碎區(qū)范圍大 ， 此時 ， 巖體處于峰后強(qiáng)度 、 殘余強(qiáng)度狀態(tài)； （ 4） 處于峰后強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的破碎巖體 ， 錨桿支護(hù)能否起作用 ？ 作用機(jī)理是什么 ？ 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 錨桿支護(hù)強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理 錨固體 C、 ?、 C*、 ?* 隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度 ?t的增加而提高 表 51 不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞前的 C、 ? 值 錨桿支護(hù)強(qiáng)度 ?t / MPa 0 等效內(nèi)聚力 C / MPa 9 等效內(nèi)摩擦角 ? / 176。 錨桿支護(hù)強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖 注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度 σt （ MPa） 錨固體強(qiáng)度的強(qiáng)化 錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度 σt 的提高而得到 強(qiáng)化 ， 達(dá)到一定程度就 可保持圍巖穩(wěn)定。 現(xiàn)有的錨桿、錨索支護(hù)不適用于深井 比較項目 中國 美、澳、英 錨桿材料強(qiáng)度（ MPa） 235（ Q235） 340（ 20MnSi） 450~600 錨桿直徑（ mm） 18~22 22~24 錨桿間排距（ m） ~ ~ 錨桿長度（ m） ~ ~ 錨桿初錨力（ kN） 10~20 40~50 錨索直徑（ mm） 錨索軸向拉力（ kN） 200~240 550~600 錨索延伸率（％） 17 深 井 巷 道 圍 巖 控 制培訓(xùn)課件 ?現(xiàn)有的錨桿、錨索支護(hù)系統(tǒng)在淺部能適用，用到深部就不能有效控制圍巖變形，甚至失效，必須要求新的技術(shù)和突破。 支護(hù)強(qiáng)度： （ 1）改善材質(zhì)。 （ 2）加大錨桿直徑 初錨力： 在現(xiàn)有風(fēng)動條件下，改善結(jié)構(gòu)，完善施工工藝，實現(xiàn) 20~50 kN 錨桿長度： 加長后控制大塑性區(qū)和破碎區(qū)，可考慮發(fā)展可伸長的柔性錨桿 及時錨固： 除注意頂板外，還應(yīng)注意兩幫 發(fā)展錨桿支護(hù)技術(shù)的要點