第七章 矿井通风系统.ppt

河南理工大学《采煤概论》精品课程
第7章巷道支护
本意章主要内容
第7章巷道支护
第一节巷道围岩压力的概念
第二节巷道支护及其材料
第一节巷道围岩压力的概念
一、巷道围岩压力
地下岩体在开挖以前,由于自重和构造所引起的应力是处于平衡状态。
当开掘巷道或进行回采工作时,破坏了原来的应力平衡状态,就会引起岩体内部应力的重新分布。
表现为巷硐周围煤、岩体产生移动、变形甚至破坏,直到煤、岩体内部形成一个新的应力平衡状态为止。
在此过程中,巷道本身或安设在其中的支护物会受到各种力的作用。这种由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力,就叫做“矿山压力”。
第一节巷道围岩压力的概念
在矿山压力的作用下,会引起各种力学现象,如顶板下沉,底板臌起,巷道变形后断面缩小,岩体破坏散离甚至大面积冒落,煤被压松产生片邦或突然抛出,支架严重变形或损坏,充填物被压缩,以及大量岩层移动地表塌陷等等。这些由于矿山压力作用,使围岩、煤体和各种人工支护物产生的种种力学现象,统称为“矿山压力显现”。
围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力,称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。从现象上看,属于变形压力范畴,但两者的变形机制截然不同,前者是指与水发生物理化学反应,后者主要是围岩应力与结构效应。
第一节巷道围岩压力的概念
二、影响巷道围岩压力的地质因素
影响围岩压力的因素很多,通常可分为地质、开采和支护等类,影响围岩压力的地质因素有:原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。
(1)原岩应力状态
原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。原岩应力随开采深度的增加而增长。所以,随采深的增加,巷道围岩压力会明显增长。原岩体中主应力的大小和方向不同,对巷道的影响作用不同,也直接影响到围岩压力。
(2)围岩力学性质
围岩力学性质是指它的强度(包括抗压、抗拉、抗剪等各种强度和粘聚力c、内摩擦角φ等值)和变形性质及其它力学属性。不言而喻,强度小的岩体,围岩压力必然大,反之亦然。C、φ值大的岩体,其围岩压力小,反之亦然。其中φ的影响要较c大。岩体的变形性质是指它的弹性、塑性和粘性。岩体的塑性变形和粘性流动是影响围岩压力大小的重要因素,许多围岩压力较大的巷道,常常是由它引起的。
第一节巷道围岩压力的概念
(3)岩体结构
当结构面强度远小于结构体强度时,结构对围岩压力的影响极大。通常岩体破坏首先从弱面开始,这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区、破坏带、断层和褶皱区显现强烈的重要原因。由于层状岩体具有定向弱面,所以层状岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关。如果岩层走向与巷道轴向平行或夹角很小,则岩体结构容易与巷道轴线形成不稳定的松动体,因而围岩压力大。水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好,因而帮压较小,而顶压较大。
(4)膨胀压力的影响因素
影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态,物理化学性质,围岩中水分的补给状况,水与岩石的接触条件,支护和充填层的可塑性等。
第一节巷道围岩压力的概念
三、巷道矿压控制原理
巷道中的矿压显现是客观的自然现象,除了一些特殊情况外,在采掘过程中企图完全消除这种现象是不可能的。然而在掌握巷道矿压显现规律的基础上,以岩石力学理论为指导,有可能在不同程度上减轻矿压显现对巷道的危害,从而达到安全生产和取得较好技术经济效果的目的,这是巷道矿压控制的基本任务。
第一节巷道围岩压力的概念
巷道矿压控制的三类方法及途径:
第一类:巷道保护
第二类:巷道支护
第三类:巷道维护(维修)
目前所采用的各种矿压控制方法,从其对付矿压的原理来看不外“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压”等几种。
巷道矿压控制基本原理及途径
控制方法
基本原理
具体措施举例
主要优缺点
抵抗矿压(抗压)
提高支架的支撑能力或支护密度,用加强支护的手段去抑制或减少围岩移动,增强巷道抗变形能力以对付矿压的作用
,提高支架承载能力


巷道布置地点及掘进时间可不受限制,但为此要消耗大量支护材料,支护劳动量大,使开采费用大幅度提高
忍让矿压
(让压)
在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重破前提下,容忍围岩产生一定变形,以释放掉一些能量(也称应力释放)



可在一定程度上利用围岩自承力,减轻支架受载,应用得当可实现无维修护巷,对生产极为有利,但会增加支架结构的复杂性或多支出掘进与起底费用
躲避矿压
(躲压)
将巷道布置在应力经重新分布后岩体已处于卸载状态的天然低应力区,从时间上和空间上躲开高压力的作用