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1、中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）第八章第八章巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术8.1无煤柱护巷无煤柱护巷8.1.1护巷煤柱的稳定性护巷煤柱的稳定性 留设煤柱一直是煤矿中传统的护巷方法，传统的留煤留设煤柱一直是煤矿中传统的护巷方法，传统的留煤柱护巷方法是在上区段运输平巷和下区段回风平巷之间留柱护巷方法是在上区段运输平巷和下区段回风平巷之间留设一定宽度的煤柱，使下区段平巷闭开固定支承压力峰值设一定宽度的煤柱，使下区段平巷闭开固定支承压力峰值区（图区（图8-18-1）。）。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大
2、学（北京）区区段段平平巷巷双双巷巷掘掘进进和和使使用用，技技术术管管理理简简单单，对对通通风风、运运输输、排排水水、安安全全都都有有力力。但但是是，媒媒柱柱损损失失高高达达101030%30%；且且回回风风巷巷受受二二次次采采动动影影响响，巷巷道道维维护护困困难难，支支护护费费用用高高。煤煤柱柱支支承承压压力力向向底底板板传传播播，不不仅仅影影响响临临近近煤煤层层的的开开采采和和底底板板巷巷道道的的稳稳定定，还还成成为为引引发发冲冲击击地地压压的的隐隐患患。煤煤柱柱宽一般为宽一般为101030m30m。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）1.1.煤柱
3、的荷载煤柱的荷载 （1 1）煤柱荷载的估算）煤柱荷载的估算 目前国内外研究都认为，护巷煤柱上的荷载，是目前国内外研究都认为，护巷煤柱上的荷载，是由煤柱上覆岩层重量及煤柱一侧或两侧采空区悬露岩由煤柱上覆岩层重量及煤柱一侧或两侧采空区悬露岩层转移到煤柱上的部分重量所引起的。层转移到煤柱上的部分重量所引起的。 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）如图如图8-28-2所示，一单位煤住长度上的总载荷所示，一单位煤住长度上的总载荷P P为：为：式中式中中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）煤柱单位面积的平均载荷即平均应力
4、煤柱单位面积的平均载荷即平均应力: : 上述计算尽管经过简化，以平面问题代替空间问题，上述计算尽管经过简化，以平面问题代替空间问题，以均质的上覆岩层取代复杂的岩层赋存状况，不考虑以均质的上覆岩层取代复杂的岩层赋存状况，不考虑煤住边缘部分会产生应力集中以及由于煤住边缘部分煤住边缘部分会产生应力集中以及由于煤住边缘部分破坏引起应力向煤柱深部转移，未涉及上覆岩层的移破坏引起应力向煤柱深部转移，未涉及上覆岩层的移动等。但迄今它仍为比较简单和实用的煤住载荷估算动等。但迄今它仍为比较简单和实用的煤住载荷估算方法，并认为平均应是判断煤柱载荷的重要参数。方法，并认为平均应是判断煤柱载荷的重要参数。 （2 2）
5、煤柱宽度的理论计算）煤柱宽度的理论计算 护巷煤柱宽度的理论计算有按煤柱的允许应力，煤护巷煤柱宽度的理论计算有按煤柱的允许应力，煤柱能承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布等多种方柱能承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布等多种方法。法。各种方法的基本点都各种方法的基本点都认为认为：煤柱的：煤柱的宽宽度必度必须须保保证证煤柱的极限煤柱的极限载载荷荷y y不超过人它的极限强度不超过人它的极限强度R R。 煤柱的极限强度见煤柱的极限强度见7 75 5、7 76 6式，煤柱的宽度式，煤柱的宽度B B计计算式：算式：中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）2.煤柱的煤柱的
6、应应力分布力分布 （1 1）一侧采空煤柱（体）的弹塑性变形区及铅直应力的）一侧采空煤柱（体）的弹塑性变形区及铅直应力的分布分布 假设采空区周围的煤柱（体）处于弹塑性变形状，煤柱假设采空区周围的煤柱（体）处于弹塑性变形状，煤柱的铅直应力的铅直应力y y的分布如图的分布如图8-38-3中中1 1所示。所示。y y随着与采空去边随着与采空去边缘之间距离缘之间距离x x的增大，按负指数曲线关系衰减。在高应力作的增大，按负指数曲线关系衰减。在高应力作用下，从煤体（煤柱）边缘到深部，都会出现塑性区（靠采用下，从煤体（煤柱）边缘到深部，都会出现塑性区（靠采空区侧应力低于原岩应力的部分称为破裂区）、弹性区及原
7、空区侧应力低于原岩应力的部分称为破裂区）、弹性区及原岩应力区（图岩应力区（图8-38-3）。弹塑性变形）。弹塑性变形状态下，煤柱（体）的铅直应力状态下，煤柱（体）的铅直应力 y y的分布如图的分布如图8-38-3中中2 2所示。所示。 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京） 煤柱（体）的承载能力，随着远离煤体（煤柱）煤柱（体）的承载能力，随着远离煤体（煤柱）边缘而明显增长。在距煤体（煤柱）边缘一定宽度内，边缘而明显增长。在距煤体（煤柱）边缘一定宽度内，存在着煤柱（体）的承载能力与支承压力处于极限平存在着煤柱（体）的承载能力与支承压力处于极限平衡状态，运
8、用岩体的极限平衡理论，塑性区的宽度，衡状态，运用岩体的极限平衡理论，塑性区的宽度，即支承压力峰值与煤体（煤柱）边缘之间的距离即支承压力峰值与煤体（煤柱）边缘之间的距离x0 x0为：为： 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）式中 在生在生产实际产实际中，中，x0的的变变化范化范围为围为320 m，一般，一般为为512m。应应力降低区力降低区宽宽度的度的变变化范化范围为围为27m , 一般一般为为35m。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）（2 2）两侧采空煤柱的弹塑性变形区及铅直应力的分布）两侧采空煤柱的弹塑
9、性变形区及铅直应力的分布 两两侧侧均均以以采采空空的的煤煤柱柱，其其应应力力分分布布状状态态主主要要取取决决于于回回采采引起的支承压力影响距离引起的支承压力影响距离L L及煤柱宽度及煤柱宽度B B，主要有三种类型：，主要有三种类型： B2LB2L时时（图图8-48-4），煤煤柱柱中中央央的的载载荷荷为为均均匀匀分分布布，且且为为原原岩岩应应力力HH。由由于于煤煤柱柱边边缘缘应应力力集集中中，煤煤柱柱从从边边缘缘到到中中央央，一般仍为破裂区、塑性区、弹性区，以及原岩应力区。一般仍为破裂区、塑性区、弹性区，以及原岩应力区。 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（
10、北京） 2LBL2LBL时时，在在煤煤柱柱中中央央由由于于支支承承压压力力的的叠叠加加，应应力力大大于于HH，沿沿煤煤柱柱宽宽度度方方向向应应力力呈呈马马鞍鞍形形分分布布，弹弹塑塑性性变变形形区区及及应力分布见图应力分布见图8-58-5。 BLB70%70%的的浆浆体称体称为为高水高水材料材料, ,高水材料流高水材料流动动性好性好, ,可以可以长长距离水力距离水力输输送。送。 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）水水体体积积比比70%1000m1000m，充填点用塑料充填袋，充填点用塑料充填袋储储集混合后的料集混合后的料浆浆，料，料浆浆凝固形成整体充
11、填体。凝固形成整体充填体。对对于高水灰于高水灰渣材料，可以采用活渣材料，可以采用活动钢动钢模板替代塑料充填袋，活模板替代塑料充填袋，活动钢动钢模模板反复交替使用。采用板反复交替使用。采用喷浆喷浆机机风风力充填力充填时时，系，系统简单统简单并可并可随工作面推随工作面推进进而移而移动动，输输送水平距离不宜超送水平距离不宜超过过200m200m。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）8.2巷道围岩卸压巷道围岩卸压长长期期以以来来，煤煤矿矿中中进进行行巷巷道道维维护护得得主主要要手手段段是是对对巷巷道道进进行行支支护护和和对对围围岩岩进进行行加加固固。但但在在
12、某某些些困困难难条条件件下下，即即使使对对巷巷道道进进行行加加强强支支护护和和加加固固围围岩岩，巷巷道道维维护护仍仍然然很很困困难难。如如果果采采用用人人为为方方法法改改变变巷巷道道围围岩岩应应力力分分布布特特征征，巷巷道道掘掘进进或或受受到到采采动动影影响响时时，在在巷巷道道周周边边形形成成的的应应力力峰峰值值向向远远离离航航道道周周边边的的围围岩岩深深部部转转移移，使使巷巷道道处处于于应应力力降降低低区区内内，可可以以收到明收到明显显改善巷道改善巷道维护维护的效果。的效果。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）8.2.1 8.2.1 跨巷回采进行巷
13、道卸压跨巷回采进行巷道卸压1.1.跨巷回采卸跨巷回采卸压压的机理的机理 煤煤层层开开采采以以后后，在在煤煤层层底底板板中中形形成成一一定定范范围围的的应应力力增增高高区区和和应应力力降降低低区区（图图7-67-6）。位位于于煤煤层层底底板板的的巷巷道道，若若处处于于应应力力增增高高区区，将将承承受受较较大大的的集集中中应应力力而而破破坏坏；处处于于应应力降低区，力降低区，则则易于易于维护维护。 根根据据采采面面不不断断移移动动的的特特点点以以及及巷巷道道系系统统优优化化布布置置的的原原则则，可可在在巷巷道道上上方方的的煤煤层层工工作作面面进进行行跨跨采采，使使巷巷道道经经历历一一段段时时间间的
14、的高高应应力力作作用用后后，长长期期处处于于应应力力降降低低区区内内。跨跨采采的的效效果果主主要要取取决决于于巷巷道道与与上上方方跨跨采采面面的的相相对对位位置置，即即巷巷道道与与上上部部回回采采煤煤层层间间的的法法向向距距离离z z，巷巷道道与与上上部部回回采采煤煤层层煤柱（体）煤柱（体）边缘边缘的水平距离的水平距离x x 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京） 2. 2.跨巷回采的跨巷回采的应应用及用及矿压显现规矿压显现规律律 跨跨巷巷回回采采有有两两种种方方式式，即即纵纵跨跨与与横横跨跨。以以走走向向长长壁壁工工作作面面为为例例，跨跨越越大大巷巷
15、和和区区段段集集中中平平巷巷时时，跨跨采采面面掘掘进进方方向向与与被被跨跨采采巷巷道道轴轴向向平平行行称称为为纵纵跨跨。跨跨跃跃上上、下下山山和和采采区区石石门门时时，跨跨采采面面掘掘进进方方向向与与被被跨跨采采巷巷道道轴轴向向垂垂直直称称为为横跨。横跨。跨跨巷巷回回采采期期间间，巷巷道道将将顺顺次次受受到到跨跨采采面面的的超超前前支支承承压压力力和和上上覆覆岩岩层层跨跨落落的的影影响响，剧剧烈烈影影响响范范围围和和程程度度与与开开采采深深度度、围围岩岩的的力力学学性性质质及及巷巷道道与与开开采采煤煤层层的的法法向向距距离离有有关关。只只要要与与采采空空区区煤煤壁壁边边缘缘的的水水平平距距离离
16、适适当当，跨跨采采后后巷巷道可道可长长期期处处于于应应力降低区。力降低区。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京） （1 1）采面）采面纵纵跨岩石集中平巷跨岩石集中平巷 采采面面纵纵跨跨岩岩石石集集中中平平行行，其其中中测测站站1 1位位于于跨跨采采面面采采空空区区下下方方，z=9.5mz=9.5m，x=8mx=8m；测测站站2 2位位于于跨跨采采面面采采空空区区一一侧侧煤煤柱柱边边缘缘的的正正下下方方，z=9.5mz=9.5m，x=0mx=0m。工工作作面面跨跨采采前前，测测站站1 1与与2 2处处巷巷道道变变形形特特征征相相差差不不大大；跨跨采采期期间间，测测站站2 2巷巷道道围围岩岩变变形形量量比比测测站站1 1大大3 3倍倍；跨跨采采后后围围岩岩变变形形趋趋于于稳稳定定时时，测测站站2 2巷道巷道围围岩岩变变形速度比形速度比测测站站1 1大大1 1倍左右。倍左右。中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）（2 2）采面横跨石）采面横跨石门门 采采面面横横跨跨石石门门，石石门门中中测测站站1 1，z=3
