4
引 言


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。
5
引 言


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。
15
顶板掘巷应力转移原理与技术

胶带输送机硐室与回采工作面的关系
16
顶板掘巷应力转移原理与技术

顶部掘巷的研究方案
为解决问题，初步提出以下五种方案，利用数值计 算方法进行研究：
方案一：无顶部卸压巷时
方案二：硐室顶部开掘8×2 m2卸压巷 方案三：硐室顶部开掘12×2 m2卸压巷 方案四：硐室顶部开掘16×2 m2卸压巷 方案五：硐室顶部开掘20×2 m2卸压巷
左帮变形 26.58（1） 37.02（1.39） 124.6（1） 216.6（1.74）
右帮变形 25.29（1） 41.24（1.63） 124.8（1） 284.8（2.28）
注：（）内数字表示采取应力转移技术与不采取应力转移技术时的变形比值。 负值表示整体下沉。
26
底板掘巷应力转移原理与技术
隙圈及震动圈。
裂隙圈的大小是影响
应力转移的关键因素
41
底板松动爆破应力转移与注浆加固技术
炮孔深度的确定
W h L sin
式中：W—装药的临界深度，m； h—预留的完整岩体厚度，m； θ—炮孔与巷道底板所夹的锐角，º 。
42
底板松动爆破应力转移与注浆加固技术
三区半径计算
空腔半径Rk为：
29
5
测点距工作面距离 /m
煤层上行开采应力转移原理与技术
1.基本的应力转移原理
上行开采应力转移的基本原理为：下部煤层先行开采后，在采
空区上方形成冒落带、裂隙带、缓沉带，上部煤层处于裂隙带
或缓沉带内。
此时，上部煤层的应力发生了转移，下部煤层采空区上方的应
力基本转移到周围煤体上，因而此区域的应力显著降低。将上 部煤层的巷道和工作面布置在下部煤层开采边界影响范围以内，
二层煤平均厚度2.02m，四层煤厚度1.15-2.15m，层间距平均
为22m，煤层顶底板以砂岩、粉细砂岩为主体；三层煤厚度
平均为1.0m，局部可采，与四层煤之间的层间距为 （6.0~28.0）/16.0m，与二层的层间距为（3.0~7.0）/5.0m。
31
煤层上行开采应力转移原理与技术
物理模拟研究模型
6
引 言


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。
7
引 言
3.深井软岩成为重点
我国国有大中型煤矿开采深度每年约以9 m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。
由于开采深度的加大，岩体应力急剧增加，地温升高，
36
煤层上行开采应力转移原理与技术
应力转移后上部煤层巷道围岩变形曲线
受采动影响时
37
煤层上行开采应力转移原理与技术
应力转移后对上部煤层工作面的影响

（1）在下行开采时，二煤工作面由于顶板压力大，煤壁片帮与机道冒漏
顶现象十分严重，需要水力膨胀锚杆超前护顶、坑木穿顶，顶板管理极其
困难，推进速度很慢，生产十分被动。四煤采用上行开采后，二煤回采工 作面复合顶板稳定，工作面无冒漏顶事故发生，平均原煤单产与推进速度 提高到1.88倍，平均推进速度由48m/月提高到90m/月左右，原煤平均单产 由1.8～2.0万吨/月提高到4.2万吨/月左右，显著提高了工作面单产、降低了 材料消耗。
32
煤层上行开采应力转移原理与技术
模拟结果1：四煤开采时老顶初次破断情况
33
煤层上行开采应力转移原理与技术
模拟结果2：四煤开采时老顶周期破断情况
34
煤层上行开采应力转移原理与技术
模拟结果3：四煤开采后二煤的赋存状态
35
煤层上行开采应力转移原理与技术
模拟结果4：四煤上行开采条件下二煤采动时
卸压巷主要参数的研究模型
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底板掘巷应力转移原理与技术
工业性试验方案
28
底板掘巷应力转移原理与技术
围岩变形实测
（1）采动影响下，围岩变形不明显。 （2）硐室两帮相对移近量在20 mm之内。 （3）底鼓量在10 mm左右。
20
15
位移 /mm
10 两帮 底板 0 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160

（2）二煤具有强烈冲击倾向，上行开采完全消除了冲击危险。 （3）解决了原来二煤工作面推进慢，制约四煤开采的被动局面，缓解了 采掘接续，大幅度提高了矿区煤炭产量与经济效益，矿井利税取得历史最 好水平。
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煤层上行开采应力转移原理与技术
经济效益
时期 2001 年 项目 新增产值（万元） 新增利税（万元） 增产 煤吨 节约 增产 401,170.00 415,826.00 416,000.00 1232996 9,340.10 4,666.68 10,189.20 5,090.92 10,932.20 5,800.04 30461.5 15557.64 2002 年 2003 年 三年累计
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
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底板掘巷应力转移原理与技术
应力转移技术对围岩的控制效果比较
项 目 不掘卸压巷 采动前 底部掘巷 不掘卸压巷 采动后 底部掘巷
底 鼓 33.78（1） 0.6399（0.02） 158.8（1） -15.87（*）
顶板下沉 44.05（1） 18.45（0.42） 193.4（1） 144（0.74）
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顶板掘巷应力转移原理与技术
1.顶板掘巷的应力转移原理

巷道顶板掘巷实现应力转移的简单模型
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顶板掘巷应力转移原理与技术
2.鲍店煤矿工程实例

胶带输送机硐室与回采工作面的关系
兖州矿业集团公司鲍店煤矿矿井北翼布置一条轨道大巷和一条胶带
运输机大巷，轨道大巷布置在－430水平，胶带运输大巷高于轨道 大巷5 m，两巷水平间距30 m。胶带输送机硐室位于1306工作面南
1sin 2 sin
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）。
11
引 言
分别研究周边位移u0与围
岩性质（c、φ）、支护阻
力Pi及围岩应力P0的关系 得到：
12
引 言
由上图可见，围岩应力的改善对巷道围岩变形控制 的效果最为明显。 据此，提出本研究成果——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。
当岩体应力达到甚至超过岩体强度时，有关岩体力学科
学与工程的若干问题由量变逐渐发生质的变化，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。
8
引 言
我国是世界产煤大国，也是用煤大国。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 %。
PH 4 Rk ( ) rb S0
1
压碎区半径Rc为：
Rc Rk (
m C
5S c
1 e
2 p
)
1 2
裂隙圈半径Rp为：
e Pc Rp ( ) ST
全矿井的生产。
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底板掘巷应力转移原理与技术
胶带机头硐室群与3上307、3下307工作面平面位置对照图
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底板掘巷应力转移原理与技术
南翼二部强力胶带输送机头硐室群平面图
南大巷
第四联络巷
56500
南翼二部强力皮带机巷 扩刷后轮廓线
2 2
1
3
转载机巷
操作室
原巷道轮廓线 皮带中心线 张紧绞车硐室
我国人口众多，用煤量大，不可能关闭深部矿井而依
靠进口煤炭。因此，无论从战略高度还是从当前生产 实际出发，都迫切需要积极开展深部开采中的基础理 论研究，以求在新理论的指导下，使实用技术有新的 突破和发展，使矿井深部开采走上安全、高产高效的
健康轨道。
9
引 言
4.高应力巷道特点
矿井高应力巷道具有围岩破碎严重，塑性区、破碎区范围
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顶板掘巷应力转移原理与技术

研究结果一：对控制围岩变形的影响
方案
底鼓量（mm） 比值
1
201 1
2
170
3
135
4
102
5
67
0.85 0.68 0.51 0.33
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顶板掘巷应力转移原理与技术

研究结果二：对围岩应力场的影响
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顶板掘巷应力转移原理与技术

顶部卸压巷设计方案
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顶板掘巷应力转移原理与技术
侧50 m处，其与邻近巷道的位置关系如图3-3所示。该硐室及其大巷
均处于二迭系山西组3#煤层底板泥岩或粘土页岩中，与3#煤层间距 为28 ~ 60 m。矿井北翼的生产采区都按倾斜长壁采煤法布置并使工 作面跨大巷仰斜开采。该采区内，3#煤层为主采煤层，其平均厚度 为9 m，分3层开采，分层采高2.8 ~ 3.0 m。