高应力巷道围岩应力转移技术及工程应用研究课件.ppt

高应力巷道围岩应力转移技术与工程应用研究,完成单位：中国矿业大学汇 报：姚强岭 博士导 师：李学华 教授,研究背景总体研究思路主要研究内容对推动行业技术进步的作用,汇报提纲,研究对象之一：动压巷道。煤层开采引起的采动应力通常为原岩应力的310倍左右，将造成回采巷道、受跨采影响等巷道的严重破坏。,1研究背景,研究对象之二：高应力软岩巷道。是指在工程力作用下能产生显著显著的塑性变形和非连续变形的巷道。工程力指作用在巷道围岩的力之和，包括自重应力、残余构造应力、水的作用力，采动影响力及膨胀应力等。,1研究背景,研究对象之三：深井巷道。根据我国煤矿的巷道支护技术水平和地质条件，一般将800m作为深部开采的标准，部分软岩矿井的深部开采标准可定为600m或更浅。,1研究背景,以上三类巷道以及这三类巷道的复合型巷道均为高应力巷道，是本研究的主要对象。这些高应力巷道在其服务期间围岩塑性区大，变形十分严重，少则几百毫米，多则1.02.0m。巷道在服务期间需要进行不断的维护与返修，特别是它们的两类或三类的复合型，问题更为突出。严重时，在巷道掘进或使用期间将会在巷道中引发煤与瓦斯突出，甚至岩爆等动力灾害，严重威胁矿井的安全生产。这不但造成巷道支护成本高，而且造成煤炭资源开采的极端困难，严重威胁着矿井的安全生产。这种局面将成为我国煤矿今后必须长期面对的开采技术难题。,1研究背景,巷道围岩控制的基本原理如下式。,2总体研究思路,传统的控制方法主要是：其一，提高围岩强度（如注浆加固、锚注等）；其二，合理的支护技术（如砌碹、架棚、锚网等）。,针对高应力巷道，从以上两方面展开围岩控制方面的研究，仍不足以解决高应力巷道难维护的问题。应力转移理论与技术，是从引起巷道围岩变形破坏的力学环境为着眼点，以控制巷道围岩应力为中心，将高应力转化为低应力，这样可以显著减小巷道围岩塑性区和围岩变形量，达到实现巷道围岩稳定的控制目标。,2总体研究思路,创立了巷道围岩应力转移新理论,理论的实质在于：通过人为在巷道内部或外部形成若干围岩松动或破坏区域，可将巷道浅部围岩的高应力转移到远离巷道的深部，使巷道处于相对较低的应力区中；改变巷道浅部围岩中的应力分布状态，使其对巷道维护相对有利；巷道受采动影响时，可以改变向巷道围岩传递应力的路径，或减弱应力传递的强度，相对减小外部应力环境对巷道的影响。通过以上作用，从根本上消除或减弱高应力影响，达到有效控制围岩变形的目的。,3主要研究内容,之一：顶部构建软弱区应力转移原理与技术,基本原理如图。关键参数为：硐室距上部软弱区的垂距、软弱区的范围。,3主要研究内容,技术关键：在硐室上方（垂距5m）两侧开掘两条与硐室平行的小断面巷道，然后在巷道间进行松动爆破，在硐室上方构建一个宽19m、长60m的松动区。,3主要研究内容,效果：开掘应力转移巷后最大应力集中系数仅为2.6，是不开掘应力转移巷时的30%。实测表明，受采动影响期间，硐室顶底板移近量累计为24mm，两帮移近量累计为31mm，达到了预期目标。,之二：底部构建软弱区应力转移原理与技术,基本原理如图。关键参数为：底板巷道与硐室的垂直相对位置、底板巷道与硐室的水平相对位置、底板巷道是否进行爆破松动、松动爆破的范围。,3主要研究内容,技术关键：在硐室底板两侧开掘小巷道，巷道尺寸为3.02.0m（宽高），巷道距硐室底板4.0m，距主硐室两帮的距离均为1.0m。两个巷道之间可根据情况选择爆破方式连通或半连通以达到应力转移的目的。,3主要研究内容,效果：采用底板掘巷加底角松动爆破的应力转移技术后，围岩垂直应力转移效果十分明显，约为原来应力的1/5左右。硐室两帮的相对移近量一般均在40mm之内。硐室底鼓量均在10mm之内，且为均匀底鼓，硐室基础未受到破坏。,3主要研究内容,之三：上行开采的应力转移原理与技术,基本原理为：下部煤层先行开采后，在采空区上方形成冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，上部煤层处于裂隙带或弯曲下沉内。此时上部煤层中的巷道处于低应力区，易于维护。,3主要研究内容,效果：采用上行开采后孙村矿二煤回采巷道的断面收缩率由原来的50%减小为：顶底板移近量最大不超过250mm，两帮水平移近量也不超过250mm，基本上实现了零维修。,3主要研究内容,之四：巷道底板深部反拱及应力转移原理与技术,基本原理如下。技术关键主要有：装药量和炮孔间排距、爆破区域的范围、炮孔深度等。,3主要研究内容,现场实施效果：在该绞车房采用应力转移技术方案后，对围岩变形结果监测显示，硐室底鼓显著降低，底鼓量仅为原绞车房底鼓量的1/3。,3主要研究内容,之五：掘进工作面超前钻孔应力转移原理与技术,基本原理与关键技术参数,3主要研究内容,效果：对比如下图。可见，在迎头打超前钻孔将应力转移到深部后，巷道围岩变形比不打超前钻孔时明显减小；而且在现场施工过程中发现，未打超前钻孔段巷道顶板破碎，需要反复清底，而打超前钻孔段巷道顶板较完整，便于支护，而且只进行一次清底。,3主要研究内容,随着我国煤矿开采深度和难度的进一步增加，深部矿井、高应力区域、以及围岩松软等条件下的巷道维护问题将会日趋严重，巷道围岩的变形破坏控制十分困难，该项研究成果对解决这类问题具有重要的理论意义和实用价值，在其他条件类似的地下工程中也有广泛的推广应用前景。,4对推动行业技术进步的作用,谢谢,