辛置煤礦復(fù)合頂板巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

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1、辛置煤礦復(fù)合頂板巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)霍州煤電集團(tuán)公司中國(guó)礦業(yè)大學(xué)二○○六年七月26一、巷道布置與工程地質(zhì)概況辛置煤礦2-617工作面所掘進(jìn)為正巷、副巷、切巷及聯(lián)巷。井下西為2-615掘進(jìn)工作面，東為2-619設(shè)計(jì)面，南為左翼上部軌道巷，上部皮帶巷，北至H=150m的斷層及風(fēng)氧化帶。本工作面所掘進(jìn)巷道均為沿2#煤層頂板掘進(jìn)的回采巷道。2-617工作面位于450水平，工作面標(biāo)高360～430m水平，西為2-615工作面（正掘），東為2-619工作面（未掘），南為左翼上部軌道巷（已掘）。臨近巷道對(duì)本工作面無影響。2-617工作面巷道布置如圖1所示

2、。本次復(fù)合頂板巷道支護(hù)試驗(yàn)在2-617工作面副巷進(jìn)行。圖12-617工作面巷道布置平面圖2-617工作面煤（巖）層賦存特征如表1所示。表1煤（巖）層賦存特征項(xiàng)目指標(biāo)煤層厚度（最小～最大/平均）/m3.05～3.32/3.18煤層傾角（最小～最大/平均）/（。）2～8/4煤層厚度f1.5煤層節(jié)理（發(fā)育程度）發(fā)育煤塵爆炸指數(shù)/%35.45瓦斯相對(duì)涌出量/m3/t3.92262-617工作面綜合柱狀圖如圖2所示。圖22-617工作面綜合柱狀圖二、巷道破壞機(jī)理分析只有正確地分析巷道破壞的機(jī)理，才能給出合理的支護(hù)對(duì)策與支護(hù)參數(shù)，以最小的投入，有效

3、地控制和維護(hù)巷道，取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。下面從煤巷兩幫煤體及頂板的變形破壞機(jī)理著手，得出了辛置煤礦復(fù)合頂板圍巖煤巷的變形破壞機(jī)理。1、兩幫煤體變形破壞機(jī)理分析由于垂直應(yīng)力集中而在兩幫煤體產(chǎn)生的破裂面主要是兩種類型的剪切滑移面。其形成與發(fā)展是導(dǎo)致煤幫變形破壞的主要因素之一。第一種剪切滑移面是在煤體內(nèi)出現(xiàn)的兩組共軛剪切滑移面，其分布形態(tài)見圖3中所示。假設(shè)從煤體中取一單元，分析其受力不難看出，這種剪切滑移面的成因是來自頂?shù)装宓拇怪陛d荷對(duì)煤體的壓剪破壞。其滑移條件符合摩爾——庫(kù)侖準(zhǔn)則：t>C0+sntgj26式中：t——滑移面上的剪應(yīng)力；C0

4、——煤體的沾結(jié)力；j——煤體的內(nèi)摩擦角；sn——滑移面上。這種滑移面形成之后，隨著沿滑移面剪切錯(cuò)動(dòng)量的增大，煤體對(duì)頂板的支撐作用會(huì)逐漸降低，同時(shí)，由于剪切擴(kuò)容效應(yīng)，煤體會(huì)發(fā)生側(cè)向膨脹而出現(xiàn)松動(dòng)，當(dāng)松動(dòng)發(fā)展到一定程度時(shí)，由滑移面與巷道煤壁自由面所分割的煤體便會(huì)發(fā)生塌落，形成片幫。圖3兩幫煤體中兩種類型的剪切滑移面這種滑移面的形成及其影響有以下特點(diǎn)：（1）當(dāng)煤體十分松軟時(shí)，（意味著煤體的介質(zhì)屬性本身就不具備彈塑性特征），也可能不出現(xiàn)可見的剪切面，而只是持續(xù)性地鼓出。（2）當(dāng)煤體中的劈理比較發(fā)育時(shí)，因?yàn)榕砻嫔系腃、j值顯著低于煤本身，因此，

5、滑移面將追蹤天然劈理的產(chǎn)狀形成與發(fā)展的趨勢(shì)。劈理是影響煤幫穩(wěn)定性的另一個(gè)主要因素；（3）第一類滑移面形成以后，兩幫煤體中會(huì)形成塑性區(qū)。塑性區(qū)煤體處于極限平衡狀態(tài)，即處于隨時(shí)產(chǎn)生滑移的臨界狀態(tài)；（4）采動(dòng)影響階段，由于垂直方向應(yīng)力增大，沿剪切滑移面的剪切錯(cuò)動(dòng)值會(huì)顯著增大，表現(xiàn)為煤體的松動(dòng)程度將明顯加??；（5）松動(dòng)會(huì)造成巷道頂板的實(shí)際跨度增大，給頂板支護(hù)帶來負(fù)面影響。26第二種剪切滑移面出現(xiàn)在煤層與頂?shù)装鍘r層的交界面上，如圖3所示。其滑移條件同樣符合摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則。這類滑移面的成因是：由于煤體的泊松比大于頂?shù)装鍘r石，因而具有從頂?shù)装逯g向巷

6、道中擠出的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)使得煤體內(nèi)以及煤體與頂?shù)装逯g的層面處產(chǎn)生剪應(yīng)力，但由于層面上的的C0、j0值顯著低于煤本身的C、j值，因此，煤層與頂?shù)装宓膶用嫣幙偸窍扔诿后w本身達(dá)到臨界滑移狀態(tài)，這是第二類滑移面形成的內(nèi)因；當(dāng)靠近巷道的表層煤體因第一種滑移面的形成而發(fā)生松動(dòng)后，它對(duì)頂板的支撐作用會(huì)顯著下降，這意味著層面上的正應(yīng)力減小。與此同時(shí)，隨著原來由表層煤體承受的垂直載荷向深部轉(zhuǎn)移，深部煤體的側(cè)向變形會(huì)相應(yīng)增大，這又會(huì)進(jìn)一步加劇表層煤體向巷道內(nèi)擠出的趨勢(shì)，并會(huì)最終滿足滑移條件，這是第二類剪切滑移面形成的外因，實(shí)際上這是第一類剪切滑移面對(duì)第二

7、類剪切滑移面的誘發(fā)作用。第二類剪切滑移面形成與發(fā)展的結(jié)果是造成煤體向巷道內(nèi)擠出。這種滑移面的形成及其影響有以下特點(diǎn)：（1）容易發(fā)生松動(dòng)的煤層也就容易發(fā)生擠出，未發(fā)生松動(dòng)煤體一般不會(huì)發(fā)生擠出；（2）擠出煤層如果得不到控制，還會(huì)在一定程度上加劇松動(dòng)，因?yàn)楸韺用后w的擠出為深部煤體發(fā)生松動(dòng)提供了空間；（3）實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，煤體的擠出在兩幫相對(duì)移近量中占有很大的比重；（4）在回采影響階段擠出會(huì)以比松動(dòng)更大的幅度增長(zhǎng)；（5）擠出會(huì)對(duì)頂板巖層形成附加水平應(yīng)力作?？梢哉J(rèn)為，擠出是回采巷道圍巖層狀特性與回采動(dòng)壓影響的綜合體現(xiàn)，它比松動(dòng)更能體現(xiàn)回采動(dòng)壓巷

8、道兩幫的變形破壞特征。2、頂板變形破壞機(jī)理分析我們結(jié)合圖4來進(jìn)一步說明在高水平應(yīng)力作用下（水平應(yīng)力足以引起頂板破壞的情況），煤巷頂板巖層的典型破壞路徑：（1）巷道開挖后，原來由煤體傳遞的水平應(yīng)力的一部分向頂