井巷工程--难维护巷道围岩变形控制技术
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松软破碎＋高应力
2021/3/10
2
难维护岩巷的变形破坏特点
该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕 变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达1.0~2.0m。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。
破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某 一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。
以往的研究多注重加固围岩和支护技术，但是位移 u0随围
岩应力P０的变化非常显著，对此却研究很少。故降低围岩应
力是在深井、软岩、动压条件下保持巷道围岩稳定的重要技
术发展方向。
2021/3/10
10
开槽孔
开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面
巷道周边开槽孔后的应力分布
Ⅰ－围岩应力较低区；Ⅱ－应力升高区；Ⅲ－原岩应力区
2021/3/10
3 2
1
14
技术关键：在硐室上方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的松动弱化区。
效果：应力转移后最大应 力集中系数仅为2.6，是无 松动弱化区时的30%。
实测表明：受采动影响期 间，硐室顶底板移近量 24mm，两帮移近量31mm， 保持了硐室的长期稳定。
2021/3/10
6
软岩的概念
地质软岩：单轴抗压强度在0.5~25 MPa的松散、破碎、软弱及风化膨 胀性一类岩体的总称。
工程软岩：在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体 。工程岩 体是软岩工程研究的主要对象，包括岩块、结构面及其空间组合特征。 工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，可以是重力、构造残余应 力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。显著塑性变形以塑性 变形为主的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常 使用。包括显著的弹性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性 变形等。
现场实施方案
南大巷 第四联络巷
要保护硐室
1.0m 4.0m 卸压巷
1.0m 卸压巷
南翼二部强力皮带机巷
操作室
14 张紧绞车硐室
2 电机硐室
卸压巷
南翼一部强力皮带机巷
53 转载机巷
2021/3/10
20
技术关键：在硐室底板两侧开掘小巷道，两巷道之间深孔松动 爆破形成弱化带，以达到应力转移的目的。
2021/3/10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
11
松动爆破
2021/3/10
12
巷道一侧或两侧布置巷峒
巷道一侧布置巷硐后效果示意图
2021/3/10
13
顶部构建软弱区应力转移原理与技术
鲍店矿-430m水平胶带输送机硐室围岩松软，分层开采的 采煤工作面多次从大巷上方通过，需保护受强烈采动影响 的机头硐室。方案：硐室顶部构建弱化区。
破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是 从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐 扩大，最终导致整个支护系统的失稳
2021/3/10
3
二、难维护巷道的类型
难维护岩巷的类型
第一类，围岩软弱型，即软岩巷道 第二类，采动影响型，即动压巷道 第三类，深井高应力型，即深井巷道 第四类，上述三类巷道的复合型
2021/3/10
图 3-4 有无应力转移巷时硐室围岩应力
15
底部构建软弱区应力转移原理与技术
蒋庄矿回采工作面从大巷胶带机硐室群上方通过，机头底部 有1.8m深的基础，要求不底鼓，基础不受破坏。为此在巷道 底板构筑松动弱化区，以降低硐室周围、特别是底板的围岩 应力。硐室埋深约340m，围岩主要为砂质泥岩。
2021/3/10
4
动压巷道
煤层开采引起的采动应力通常 在原岩应力的3~10倍左右，将 造成回采巷道、受跨采影响等 巷道的严重破坏。
2021/3/10
5
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。
难维护巷道围岩变形控制技术
概述 难维护巷道的类型 围岩应力转移的控制原理与技术 巷道围岩注将加固原理与技术 合理的支护方法 工程实例
2021/3/10
1
一、概述
岩巷难维护的原因
围岩松软破碎：单轴抗压强度<10～20MPa 深井（自重应力）
高应力 采动应力（原岩应力的3～6倍） 构造应力
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三、围岩应力转移的控制原理与技术
式中：R－塑性区半径；a－巷道半径； P0－原岩应力；Pi－支护阻 力；c－岩石内聚力；Φ－岩 石内摩擦角；u0－巷道周边 位移；G－围岩剪切模量。
1s i n
Rap0cpictc gc1t gsi n2si n
u02 sG i n ap0cct g R2
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7
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。
2021/3/10
8
难维护岩巷成为重点
我国国有大中型煤矿开采深度每年约以10m的速度向深部增 加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。
3上煤
－244.61
3下煤
－278.61
2021/3/10
硐室
－302.8
16
煤层开采影响
南大巷 南翼二部强力皮带机巷
90-4
2021/3/10
3下307切眼
3下307运输巷 3上307运输巷
3下307材料巷 南翼一部强力皮3上带30机7巷材料巷
17
南大巷 第四联络巷
南翼二部强力皮带机巷
56500
开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力 达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐 渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安 全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。
我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于600 m 和1000 m 的储量分别占到73.19 % 和53.17 %。
扩刷后轮廓线 2
1
3
皮带中心线
原巷道轮廓线 2
张紧绞车硐室
电机硐室
1
3
南翼一部强力皮带机巷
3下307材料巷
3上307材料巷
转载机巷
操作室
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18
硐室治理的技术思路
硐室
开掘的底板巷道
2021/3/10
爆破松动区域
24m
30m
3上307工作面采空区 拟开采的3下307工作面
高应力硐室
19
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难维护岩巷的变形破坏特点
该类巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围很大，蠕 变严重。巷道围岩变形少则几百毫米，多达1.0~2.0m。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。
破坏方式：软岩巷道破坏是一个渐进的力学过程，总是从某 一个或几个部位开始变形、损伤，进而导致整个系统失稳。
以往的研究多注重加固围岩和支护技术，但是位移 u0随围
岩应力P０的变化非常显著，对此却研究很少。故降低围岩应
力是在深井、软岩、动压条件下保持巷道围岩稳定的重要技
术发展方向。
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开槽孔
开槽后应力向深部转移。槽孔可在底板、两侧或全断面
巷道周边开槽孔后的应力分布
Ⅰ－围岩应力较低区；Ⅱ－应力升高区；Ⅲ－原岩应力区
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技术关键：在硐室上方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的松动弱化区。
效果：应力转移后最大应 力集中系数仅为2.6，是无 松动弱化区时的30%。
实测表明：受采动影响期 间，硐室顶底板移近量 24mm，两帮移近量31mm， 保持了硐室的长期稳定。
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软岩的概念
地质软岩：单轴抗压强度在0.5~25 MPa的松散、破碎、软弱及风化膨 胀性一类岩体的总称。
工程软岩：在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体 。工程岩 体是软岩工程研究的主要对象，包括岩块、结构面及其空间组合特征。 工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，可以是重力、构造残余应 力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。显著塑性变形以塑性 变形为主的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常 使用。包括显著的弹性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性 变形等。
现场实施方案
南大巷 第四联络巷
要保护硐室
1.0m 4.0m 卸压巷
1.0m 卸压巷
南翼二部强力皮带机巷
操作室
14 张紧绞车硐室
2 电机硐室
卸压巷
南翼一部强力皮带机巷
53 转载机巷
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技术关键：在硐室底板两侧开掘小巷道，两巷道之间深孔松动 爆破形成弱化带，以达到应力转移的目的。
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11
松动爆破
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巷道一侧或两侧布置巷峒
巷道一侧布置巷硐后效果示意图
2021/3/10
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顶部构建软弱区应力转移原理与技术
鲍店矿-430m水平胶带输送机硐室围岩松软，分层开采的 采煤工作面多次从大巷上方通过，需保护受强烈采动影响 的机头硐室。方案：硐室顶部构建弱化区。
破坏过程：沿巷道断面各个方向的位移速度各不相同，总是 从剧烈变形的部位发生裂纹，鳞状剥落，变形破坏区域逐渐 扩大，最终导致整个支护系统的失稳
2021/3/10
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二、难维护巷道的类型
难维护岩巷的类型
第一类，围岩软弱型，即软岩巷道 第二类，采动影响型，即动压巷道 第三类，深井高应力型，即深井巷道 第四类，上述三类巷道的复合型
2021/3/10
图 3-4 有无应力转移巷时硐室围岩应力
15
底部构建软弱区应力转移原理与技术
蒋庄矿回采工作面从大巷胶带机硐室群上方通过，机头底部 有1.8m深的基础，要求不底鼓，基础不受破坏。为此在巷道 底板构筑松动弱化区，以降低硐室周围、特别是底板的围岩 应力。硐室埋深约340m，围岩主要为砂质泥岩。
2021/3/10
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动压巷道
煤层开采引起的采动应力通常 在原岩应力的3~10倍左右，将 造成回采巷道、受跨采影响等 巷道的严重破坏。
2021/3/10
5
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。
难维护巷道围岩变形控制技术
概述 难维护巷道的类型 围岩应力转移的控制原理与技术 巷道围岩注将加固原理与技术 合理的支护方法 工程实例
2021/3/10
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一、概述
岩巷难维护的原因
围岩松软破碎：单轴抗压强度<10～20MPa 深井（自重应力）
高应力 采动应力（原岩应力的3～6倍） 构造应力
2021/3/10
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三、围岩应力转移的控制原理与技术
式中：R－塑性区半径；a－巷道半径； P0－原岩应力；Pi－支护阻 力；c－岩石内聚力；Φ－岩 石内摩擦角；u0－巷道周边 位移；G－围岩剪切模量。
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Rap0cpictc gc1t gsi n2si n
u02 sG i n ap0cct g R2
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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。
2021/3/10
8
难维护岩巷成为重点
我国国有大中型煤矿开采深度每年约以10m的速度向深部增 加。一些老矿区和缺煤矿区相继进入深部开采阶段。
3上煤
－244.61
3下煤
－278.61
2021/3/10
硐室
－302.8
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煤层开采影响
南大巷 南翼二部强力皮带机巷
90-4
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3下307切眼
3下307运输巷 3上307运输巷
3下307材料巷 南翼一部强力皮3上带30机7巷材料巷
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南大巷 第四联络巷
南翼二部强力皮带机巷
56500
开采深度加大，岩体应力急剧增加，地温升高，当岩体应力 达到或超过岩体强度时，有关岩体力学的若干问题由量变逐 渐发生质变，造成资源开采的极端困难，并引发矿井重大安 全事故危险性增加，严重威胁矿井的安全生产。
我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于600 m 和1000 m 的储量分别占到73.19 % 和53.17 %。
扩刷后轮廓线 2
1
3
皮带中心线
原巷道轮廓线 2
张紧绞车硐室
电机硐室
1
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南翼一部强力皮带机巷
3下307材料巷
3上307材料巷
转载机巷
操作室
2021/3/10
18
硐室治理的技术思路
硐室
开掘的底板巷道
2021/3/10
爆破松动区域
24m
30m
3上307工作面采空区 拟开采的3下307工作面
高应力硐室
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