采矿毕业设计专题

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1、采矿毕业设计专题专题部分中国矿业大学2009届本科生毕业设计回采巷道复合顶板破坏机理与支护技术摘要：随着开采深度的增加，顶板条件渐渐由坚硬顶板向复合型顶板变化，以往在坚硬顶板条件下采用的单纯锚栓支护方式己显得不适应，曾发生过多起胃顶事故，安全生产没有保证。为此，本文分析复合顶板下的回采巷道围岩的应力分布状态，变形特征；研究复合顶板在各种锚杆支护方案下的变形、破坏机理；分析复合顶板回采巷道的锚杆支护机理以及合理的控制技术与措施。关键词：复合顶板；联合支护；高预紧（应）力锚杆1引言我国国冇大中型煤矿煤层巷道应用越来越多，回采巷道布置在煤系岩层中

2、，受力情况较复杂，受采动影响较大，是煤矿巷道闱岩控制的难点，当围岩强度及其稳定性较差时，部分回采巷道会发生大范围的支护失效和顶板冒落现象，不仅给井下作业人员人身安全带来威胁，而且导致矿上企业巨大的经济损失。复合顶板巷道在煤矿中有广泛的分布，复合顶板的支护是国内外巷道支护的难题之一。由于煤系地层为层状沉积岩层，因而复合顶板是一种较常见的岩层赋存形态。复合顶板极软煤层巷道围岩为差异性很大的非均质层状赋存，在围岩应力作用下表现为顶板极易离层、冒落,难以形成承载结构，强烈的两帮移近、片帮及整体下沉，导致复合顶板下沉而离层破坏，顶板、两帮变形相互作用

3、，形成恶性循环。该类回采巷道采用传统支护方式如工字钢支架、U型钢可缩支架支护时不仅在掘进影响期间围岩变形剧烈，而且在掘后较长时间内难以趋于稳定、变形量大，在服务期间需多次返修，巷道维护极为困难。随着采深的增加，这类巷道的维护问题将越来越突出，因此，寻求一种有效的支护方法具有重耍的现实意义。在此，对回采巷道复合顶板破坏机理与支护技术的研宄与探讨，为煤矿企业在复杂地质条件下的高产、高效安全生产起到了积极促进作用。2复合顶板巷道变形破坏机理2.1复合顶板的概念及特点所谓复合顶板，其实质就是离层型顶板。即煤层上面有总厚0.3〜3m易与上部岩层离层的

4、顶板。这种顶板岩层的岩性主要是页岩、砂质页岩和薄层细砂岩，同时往往夹有薄层煤层、炭质页岩、泥质岩、植物化石碎屑和镜煤条带等。复合顶板由下软上硬岩层构成。下部软岩层可能是一个整层，也可能是由几个岩层组成的岩层组。这里的软岩层与硬岩层只是一个形象的说法，实际上是指：采动后下部岩层或因岩石强度低，或因分层薄，其挠度比上部岩层大，向下弯曲的多，中国矿业大学2009届木科生毕业设计而上、下部岩层间乂没有多大的粘接力，因此下部岩层与上部岩层形成离层；从外表看，似乎下部岩层较软，上部岩层较硬。典型的复合顶板有“软”、“弱”、“薄”三个特点：1、煤层顶板由

5、下软上硬的不同岩性的岩层所组成；2、软、硬岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层，易离合，差异较人;3、下部软岩层的厚度一般较薄，通常情况下不小于0.5m，且不大于3.0m,冒落后不能充满采空区。除此之外，当伪顶厚度超过0.5m时（超过0.5m厚的随采随冒的软弱岩层不能叫伪顶），现场往往采用“托伪顶”开采。在这种情况下，煤层的顶板就是复合顶板。应用留煤皮方法采煤时，如果煤皮淳度在0.5〜3.0m之间，而煤皮与顶板乂易分离或煤层有伪顶，则采煤工作面也处在复合顶板之下。厚煤层应用倾斜分层下行垮落开采时，第二分层以及以下分层可能处在再生顶板之下。如果再生顶

6、板的厚度在0.5〜3.0m，其上为较硬岩层或咬合住的断裂岩块，再生顶板与它又没有多大的粘接力，则在回采第二分层及以下分层时，该分层也处在再生的复合顶板之下。复合顶板下部岩层与上部岩层在力学特性方面的主要差别是他们之间的厚度（包括互层中的分层厚度）、变形模量、泊松比及内摩擦角、黏聚力等方面相差较大。2.2复合顶板的岩性及结构复合顶板的一半特性是下软上硬，容易发生离层。在软硬顶板之间存在有薄弱面和光滑面，软硬岩层之间的粘接力很小，极易分离。当采掘工作进行后，松软顶板的下沉与坚硬顶板的下沉不同步，因而两层见发生了离层，尤其在锚杆预应力很小时，离层

7、现象更加突出，其巷道顶板岩层的层间离层如图1所示。如图1的情况是普遍常见的结构。还有一些特殊的形成状态，如冲刷造成的顶板由一种岩性，分成两种不同的岩性。两层的层理分明、中间夹有薄弱煤岩或光滑面，使非复合型顶板，变为复合型顶板。如图2所示。在实际生产工作屮，因地质情况调査不清楚，而未能采区相应措施，出现大型的胃顶事故。在一些倾角较小，而水平断距又很大的各类断层的作用下，也会出现不同类型的复合型顶板。如图3所示。此外，在近距离煤层群中，上一层煤的采厚由可采变为不可采，且该层的直接顶比较硬，下一层的顶板比较软，使得下层的顶板与上层煤层共同构成了复

8、合型顶板。如图4所示。中国矿业大学2009届本科生毕业设计1巷道顶板岩层的层间离层2由非复合型顶板变为复合型顶板3由不同类型断层形成的复合型顶板中国矿业大学2009届本科生毕业设