覆岩运动规律研究及其在巷道支护设计中的应用资料.ppt

1、覆岩运动规律研究 2、主采工作面回采巷道支护设计 3、煤矿安全高效开采决策支持系统的简介 1、覆岩运动规律研究 2、主采工作面回采巷道支护设计 2.1回采巷道矿山压力设计的内容 ①正确选择巷道开掘的位置和开采维护的时间。 ②针对巷道开掘维护的位置和时间要求合理的确定采区巷道布置和工作面接替次序。 ③选择正确的锚网支护参数 ? 根据工作需要选择巷道断面形状和尺寸。 ? 针对巷道开掘维护的位置和时间确定。巷道压力的来源，推断（计算）支承压力大小和分布程度（分布范围、塑性区和弹性区宽度等）。 ? 推断顶煤破坏的范围（破坏拱顶）和内应力场宽度 ? 确定锚网支护方式（包括确定顶、邦、底锚杆布置和护网结构） ? 计算确定锚杆长度和密度。 ? 绘制锚网巷道支护设计图纸和支护构件用量表。 2.2回采巷道开掘与维护的位置 煤矿巷道开掘和维护过程中，促使围岩运动破坏的矿山压力的来源及其相对推进的位置和时间分为以下四种类型，如下图所示。 2.2.1、原始应力场中开掘和维护的巷道 其压力（应力）的来源视原始应力场特征可能有两种情况： 单一重力作用的原始应力场，来源于上覆岩层的重力。 存在残余构造应力的原始应力场；来源于重力和残余构造应力的综合作用 2.2.2、在采动支承压力分布范围的“内应力场”中开掘和维护巷道（如图位置2所示）。 在采动形成的“内应力场”范围内，煤层已遭到不同程度的破坏；原支承压力的高峰区域已向煤层纵深转移、存在的原始构造应力也已在煤层的采动和覆岩运动破坏过程中释放。 因此，在该范围内开掘和维护巷道围岩应力大小由采动波及的破坏岩层范围内运动着的岩层重力决定。 2.2.3、在采动支承压力分布范围中高应力区（“外应力场”）中开掘和维护的巷道 在采动形成的支承压力高峰区内开掘和维护的巷道，围岩应力来源于采动影响范围岩层整体的重力。 实践证明，在采动应力高峰区开掘和维护的巷道围岩应力可以比在原始应力场中开掘维护的巷道高出1.5~2.5倍。与此同时，由于采动应力高峰区的重力应力的增值，原始应力场存在的构造应力仍将保持着。 2.2.4、沿空留巷，如图4所示 随着工作面推进留设供下工作面用的回采巷道，围岩承受的压力及其破坏发展过程，包括以下两个阶段。 在采动支承压力作用下破坏发展阶段。 该阶段巷道围岩（煤壁）承受的压力将是上覆岩层自重及采场推进悬露的上覆岩层重力的总和。巷道围岩（煤壁）的变形破坏将经历支承压力高峰向煤层深部转移的全过程。 在内应力场上覆岩层运动压力作用下破坏的发展阶段。 该阶段巷道围岩压力来源于采场运动的上覆岩层重力，即破坏拱内岩层的重力。围岩（煤壁）的压缩破坏过程将从拱内下位岩层沉降开始，直到拱内所有岩层沉降能矸为止。 显然，沿空留巷围岩承受的压力环境，无论是压力大小或是承压的时间和过程，都是最恶劣的。只有在采深小，不出现“内应力场”的煤层条件下才能成功。 2.3.1 “内应力场”力源的计算 在内应力场中开掘和维护的巷道围岩应力来源于受采场采动影响明显运动的上覆岩层运动的作用力。随采场推进进入明显运动的岩层，包括垮落的直接顶（MZ）和运动中保持传递力联系的老顶（ME1，ME2…MEN）。 该范围内岩层运动作用于内应力场煤层上的压力，可以根据老顶下位岩梁（板）运动实现可能出现的以下两种情况： 第一种情况：岩梁端部剪切失稳，即图咬合点o失去挤压绞接能力。 第二种情况：破坏拱内上覆岩层运动的全过程中，下位岩梁在端部，即图中o点，始终保持传递力的联系。 第一种：岩梁端部剪切失稳，即图中咬合点0失去挤压绞接能力。 此情况下内应力场受压煤层（SO）上的压力PS及煤层中的垂直应力σS可以根据老顶岩梁的重力平衡方程求得。 研究表明，在该种条件下，作用在内应力场煤层上的支承压力是上覆岩层沉降量（Smax ）的函数。因此在确定内应力场范围（So）的同时，搞清上覆岩层运动发展的规律，以此为基础正确选择巷道开掘的位置和时间，尽可能的实现在稳定的内应力场中开掘和维护巷道,是控制内应力场巷道矿压显现的关键。 第二种情况：破坏拱内上覆岩层运动的全过程中，下位岩梁在端部，即图中0点，始终保持传递力的联系。 根据此情况下老顶下位岩梁运动过程中的力学结构，内应力场煤层上承受的压力应按岩梁运动，对咬含点0的力矩平衡方程导出。 2.3.2 可能的方案 2.3超前回采工作面推进开掘和维护的回采巷道 在超前回采工作面推进开掘和维护的回采巷道，将经历回采工作面推进内应力场形成和发展的全过