掘进巷道矿压监测有关知识.doc

掘进巷道矿压监测有关知识
《煤矿安全规程》第44条采用锚杆支护形式时，应遵守下列规定：
1、锚杆必须按规定做拉力试验。煤巷还必须进行顶板离层监测，并用记录牌板显示。对喷体必须做厚度和强度检查，并有检查和试验记录。在井下做锚固力试验时，必须有安全措施。
2、锚杆必须用机械或力矩扳手拧紧，确保锚杆的托板紧贴巷壁。
一、矿压的形成
煤层在受到开挖以前，由于长期受到周围岩土体压力作用，压力处于应力平衡状态。当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡，在采掘空间周围引起岩体应力的重新分布，在这种不平衡应力的作用下，会出现巷道及回采空间周围煤岩体的变形、移动、垮落等现象，直到应力达到新的平衡为止。这种由于在地下进行采掘活动而在巷道、峒室及回采空间周围巷道内及支护物上所产生的压力称为“矿山压力”，简称“矿压”。
在矿山压力的作用下，地下巷道、峒室及回采空间周围的煤岩体及支护物将发生变形和破坏，产生顶板下沉、底板隆起、巷道断面缩小、岩体破断离散发生冒落、煤体压酥甚至突然抛出、支架变形、上覆岩层大范围移动甚至地表塌陷等现象。这些在矿山压力作用下，围岩、煤体及支护物所产生的各种力学现象，称为“矿山压力显现”，简称矿压显现。
巷道岩体破坏只有两种“拉断”、“剪切”，没有“压坏”。（莫尔强度理论认为）：材料发生破坏的主要原因是由于破坏面上的剪应力达到一定限度的缘故，这个剪应力除了与材料本身的性质有关，还与破坏面上由于正应力而产生的摩擦阻力有关。即某点发生破坏，不仅取决于该点的剪应力，同时也取决于该点的正应力，前者起破坏作用，后者起阻碍破坏作用。
破坏的四个阶段：压密阶段、弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段。
二、掘进巷道所受矿压的种类及作用距离、大小。
1、掘进本身的支承压力的显现
未受采动的岩体，在巷道开掘以前通常处于弹性变形状态，岩体的原始铅直应力等于上部覆盖的岩层重量，巷道开挖以后，原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中，如果围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展到一定的范围，出现塑性变形区，为弹塑性介质，巷道开挖以后围岩应力分布如图1所示。变形量的大小取决于围岩的原始应力、岩石性质、巷道支护形式、支护强度和巷道尺寸。在开采深度大，煤岩层松软和受采动影响的情况下，巷道围岩变形严重。巷道松动范围深入到周边3-5m；在开采深度浅，煤岩层强度大，受开采影响的情况下巷道围岩变形较小，

P-原始应力切向应力pi-支护阻力a-巷道半径R-塑性区半径
A-破裂区B-塑性区C-弹性区D-原始应力区
2、受本工作面回采影响矿压显现
开采后的上覆岩层所形成的结构,由煤壁-已冒落的矸石支撑体系来支撑,只是在下位岩层中才可能形成煤壁-工作面支架-采空区已冒落矸石支撑体系,随着回采工作面向前推进，回采巷道要受本工作面回采产生的前方支承压力影响，如图2所示。在本工作面回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形急剧增长，在工作面的后方附近，由巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压力和巷道变形都达到最大值，远离工作面后方，巷道围岩变形速度逐渐衰减，巷道围岩性质、护巷煤柱宽度、巷旁支护方式、工作面顶、底岩层结构对该时期围岩变形量影响最大。

工作面支承压力的显现特征通过支承压力分布范围、分布形式和应力峰值表示，应力增高系数k为支承压力峰值与原岩铅直应力的比值,支承压力峰值位置距煤壁一般4～8m,相当2～3.5倍回采高度,影响范围40～60m,少数可达60～80m,应力增高系数为2.5～3,实测中，单侯矿6101N以及6107N工作面形成的超前支承压力主要影响范围为20m左右。
表1采区回采巷道不同时期顶底板移近规律
矿压显现带各带内顶底板移近速度/mmd-1各带内移近量所占比值/%掘进影响阶段剧烈区每天由几毫米至几十毫米,稳定期一般小于1无采掘影响带多数情况为0.2-0.5,有时至1左右采动影响带前影响区由每天几毫米至几十个毫米10-15后影响区一般20-30少数达到40-6050-60采动影响稳定带多数情况下小于1,有时达1-25-83、受相邻工作面采动影响矿压显现
煤层开采后，采空区上部岩层重量将向采空区新的支撑点转移，从而在采空区周围形成支承压力带，工作面前方形成超前支承压力，它随着工作面推进而向前移动，称为移动性支承压力或临时支承压力，采空区应力重新分布见图3。

1-工作面前方超前支承压力2、3-工作面倾斜、仰斜
方向残余支承压力4-工作面后方采空区支承压力
工作面倾斜方向的固定支承压力影响范围一般为15～30m，少数可达到35～40m，支承压力峰值位置距离煤壁一般为15～20m，应力增高系数为2～3，在回采巷道布置中，煤柱护巷这种形式中，煤柱一