a060201煤巷顶板离层控制理论及实践

《a060201煤巷顶板离层控制理论及实践》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、煤巷顶板离层控制理论及实践张农【中国矿业大学，江苏徐州221008]摘要首先提出极易离层破碎型煤巷顶板的概念，分析了该类顶板的两种垮冒现象及对应的两类锚杆支护失稳形式，进而提出基于高强预拉力支护的顶板离层控制原理和新型高性能顶板控制技术，最后通过几种典型类别煤巷的工程应用示例作进一步说明。关键词：煤巷顶板离层控制高强预拉力支护1引言煤矿层状赋存的顶板岩体结构小，煤巷较上部--层至数层厚度人、强度高的坚硬岩层不受巷道开挖影响，一般能够口稳，不需人工支护，而煤层及其顶底板多是强度低、厚度小的薄层状岩层组成。当顶板软弱岩层较薄时适用悬吊理论，用锚杆将薄层软岩锚固在坚硬岩层上即可以保证安全。这种条

2、件在美、澳等国外先进采矿国家比佼普遍，因而煤巷锚杆使用比重较高。但我国煤层赋存条件复杂多样，多数条件顶板软弱层较厚，松动破碎区范围大,悬吊理论不适用，支护困难较人。以两淮矿区为例，人部分煤层顶板是由多层松软岩层和煤线组成的复合破碎顶板，比如淮南矿区13槽、11槽和6槽煤层,淮北临涣煤田7挣、8#、卯煤层,宿县矿区8嗓层。这些煤层内广泛分布的顶板具冇如下赋存特点：1）顶板结构复杂，软弱夹层和层理十分发育，掘后顶板破碎范围大，空顶口稳时间短,极易发牛离层垮冒；2）煤层结构复杂，多数煤层含有坚固性系数f值仅为0.2~0.5的软弱煤线，或煤体松散破碎，坚固性系数f值低于1.0,锚固性能差；3）釆深

3、普遍达到500-600m,部分进入800m以下；4）煤层赋存状态频繁变化，构造影响随处可见、随时可遇，区域构造应力I•分突出，水平应力的作用显现明显；5）高乩斯矿区，通风断面要求人，巷道跨度人；6）顶板裂隙水发育，泥化严重。我们称这类顶板为离层破碎型顶板。该类顶板累计不稳定层厚度很大，常常达到5.0〜10.0m以上，受巷道空间限制锚杆长度一般不能超过3.0mo在该种条件下采用高强树脂锚杆支护后，锚固区岩体得到有效加固，但整个锚固区仍处于不稳定范围内，即锚杆支护能限制锚杆长度范围内岩体的变形，消除锚固区内离层，并产生很大的支护抗力，但避免不了在锚杆长度以外的顶板弱而离层，进而导致垮冒，顶板的

4、安全可靠性很低。长期以来该类煤巷锚杆支护技术没有突破，通常只能采用U烈钢拱形对缩支架和矿工钢梯形支架支护，但支护效果很差，不能满足安全牛产的基本要求。选择离层破碎型煤巷顶板的控制理论和关键控制技术进行研究，不仅可以解决该类煤巷的支护技术难题，同吋可以推动我国煤矿顶板控制技术的突破，人大改善煤矿安全状况，推动行业技术进步。2煤巷顶板离层控制原理离层破碎型煤巷顶板的失稳表现为向上渐次垮冒的动态发展过程，煤巷采用以锚杆为基础的支护形式时，其顶板的稳定性取决于锚固区内外的离层状况。冇些矿区单纯从捉高锚杆的规格和加大支护密度出发，使成本增加很大，但仍不能从根木上控制顶板垮冒。实际上,绝人多数煤巷支护

5、失效表现为锚固区整体垮冒，其屮锚杆受力很小，几乎没有杆体破断现象。因此锚固区外的弱面离层是煤巷采用锚杆支护技术面临的一大挑战。80年代以來，煤层顶板控制理论发展很快，除了传统的悬吊理论、组合梁（拱）理论以外，提出了“最大水平应力理论”、“围岩强度强化理论”、“刚性梁理论”等新理论，对煤层顶板的破坏原因、破裂岩体的锚固规律及影响因素、支护预拉力的作用机理等都做了较深入的分析。这些成果为课题组提岀顶板预应力控制思想和离层控制理论起到了很好的借鉴作用。顶板离层控制理论和结构分析就是基于对水平地应力和锚杆预应力作用深入认识，从分析冒顶特征和支护失效的原因!1发而提；I!的新控制理论。2.1煤巷顶板

6、的失稳形式结合两淮矿区的条件，课题组跟踪调研了国内煤矿的一些典型的顶板垮冒现象，主要表现为两种。随巷道掘进开挖出现临空自由面，应力重新分布，软弱围岩必然出现破坏，并形成一定范围的松动区，而目而的所有支护都有-•定的滞后性，因此顶板表层软弱岩体的冒落是不可避免的，我们称Z为松脱型垮冒，其范围一般在0.5~1.5m内，产生的负荷一般在15〜25kN/m2以内。口前针对这种类型的垮冒所常用的顶板控制方式为架棚支护和普通高强锚杆支护。由于架后空虚，棚式支护架设Z初对顶板松动岩体没有任何作用；而“九五”期间形成的锚杆支护技术更多地强调了锚杆支护系统的强度，其初锚力仍很低，一般仅能达到5kN/根，询不

7、足以平衡松脱岩体重量。因此这两种低初始支护力的支护形式不能阻止顶板岩体松动范围的进一步扩大，不能防止松脱型冒顶，直到松动破坏岩体充满架后空区支架才起作用，或围岩碎胀变形充分后锚杆才被动承载。顶板岩体松动范围的加人减少了有效锚固厚度，在水平应力和白重应力双重作用下，锚固区发生弯Illi变形，上位弱面受水平剪切破坏，层间位移导致弱面离层，锚固区变形持续发展直至垮冒，我们称Z为挤压型垮冒。b）挤压型垮冒图1煤巷顶板的两种垮冒类