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- 1 2 - 科苑论谈 引言。实际施工中我们发现锚杆支护巷道的 顶板破坏失稳具有突发性,且冒落规模较大。因 此, 在使用锚杆支护技术时, 巷道顶板所处的状态 需要随时进行监测,其中巷道顶板离层是一个重 要的指标,如何判别巷道顶板的离层形式以及影 响因素也摆到了广大工程技术人员面前。 1顶板离层概念 顶板离层系指巷道顶板岩层中一点与其正 上方一定深度某点间的相对位移量,可称为广义 顶板离层。实际应用中一般将广义顶板离层划分 为锚杆锚固范围内顶板离层和锚固范围外顶板离 层。通常将 “顶板离层” 字面理解为顶板岩层中各 分层层面间的相对分离, 可称其为狭义顶板离层。 广义顶板离层有着更广阔的内含,它除包括狭义 的 “顶板离层” 外, 还包含顶板岩层弹塑性变形、 扩 容变形、 碎胀变形、 折曲变形等。 2顶板离层的分类 2 . 1由围岩弹塑性变形引起离层。 井下巷道 由于受到原始应力的作用, 开掘前处于弹性压缩 状态, 开挖后原始应力平衡遭到破坏, 一部分弹 性能得以释放, 围岩就会产生向巷道内移进的弹 性变形。 2 .2煤层扩容引起离层。 扩容是指煤层在剪切 应力的作用下体积膨胀的现象。试验研究表明, 煤 体的扩容与其所受应力偏量关系很大,顶板煤层 的应力偏量达到一定极限, 就会发生扩容现象, 直 观表现为顶板离层。应力偏量与煤体扩容的关系 如图1。 图1岩石全应力-应变曲线 1纵向应变;2横向应变;3体积应变 2 . 3狭义顶煤离层。 煤系地层呈明显地层状 分布, 并且多受节理裂隙切割。各分层及节理裂 隙胶结程度低, 力学性能差, 是天然的力学弱面。 巷道变形失稳首先从这些弱面开始, 微观表现为 弱面间的滑动和张开, 宏观上就表现为围岩的收 敛位移。 3影响顶煤离层的主要因素 3 .1地应力。 地应力是引起巷道围岩变形和破 坏的根本原因。随着应力的增加,围岩的弹性位 移、 塑性位移、 扩容位移都呈增长的趋势。而地应 力的大小又取决于采深的大小。 3 .2围岩力学性质。 围岩力学性质对巷道稳定 性有重要影响。表征围岩力学特性的物理量主要 有 围岩强度、 弹性模量、 剪切模量、 内摩擦角、 凝 聚力等。围岩的力学参数越高, 巷道的变形越小, 巷道越稳定。 3 .3围岩结构。煤层巷道围岩一般呈层状分 布, 并且不同程度地受节理、 裂隙的切割。巷道顶 板煤层各分层的岩性、厚度及节理裂隙发育程度 对顶煤的稳定影响极大。在巷道顶板岩性一定的 情况下, 分层厚度、 节理裂隙间距越大, 巷道顶板 稳定性越好, 那么顶板离层值就越小。 3 .4锚杆支护参数。在一定的围岩条件下, 锚 杆的密度、 直径、 长度、 锚固长度等增加, 顶板下沉 量都有不同程度的减小。在设计中要综合考虑支 护成本和支护效果,最大程度地满足技术和经济 双方面的要求。 3 .5巷道断面。 巷道断面的大小和形状也对巷 道的稳定有重要影响。巷道断面尺寸愈大, 愈不利 于巷道的稳定。在各种形状的断面中, 椭圆形巷道 最稳定, 拱形次之, 矩形巷道容易在周边产生高集 中应力和拉应力, 稳定性最差。 4小康矿顶板离层测定情况 4 . 1数据观测结果。 为了全面考察煤巷锚杆 支护巷道顶板离层情况, 在铁法小康矿安装型号 为D L J - 2型顶板离层指示仪。 该仪器结构简单、 显示直观、 测读方便等特点, 最大量程2 0 0 m m, 分辨率1 m m。 粗筒测的是锚固区内的数值, 细筒测的是锚 固区外的数值。粗筒安装在距顶板表面2 .0 m处; 细筒安装在距顶板表面6 .0 m处。在小康矿W3 - 1 0 2煤巷锚杆支护段分别设置4个顶板离层观测 站, 破坏1个。通过5个多月的观测将数据绘制曲 线反映巷道离层情况如图2、3、4所示。 图21 测站数据变化曲线图 图32 测站数据变化曲线图 4 .2顶板离层监测结果分析。图2 ～图4反映 了锚杆支护条件下顶板离层的基本情况,结合现 场观测数据分析可知 图4 4 .2 .1锚固区范围外,测点2 m至6 m范围, 顶 板岩层也没有出现明显的离层变形情况,各测点 的锚固区内的顶板离层值均小于2 0 m m, 大多数分 布在1 ～ l 0 m m之间, 说明全长锚固以及锚索补强的 作用明显。 4 .2 .2顶板岩层在锚杆支护系统的作用下, 在 锚固区范围内的没有出现明显的离层现象,各测 点的锚固区内的顶板离层值均小于1 5 m m, 说明锚 杆作用明显, 顶板锚固状况较好, 有效地控制了顶 板的变形, 保持了顶板岩层的整体性, 对围岩的稳 定性起到了有效的控制, 支护效果好。 4 .2 .3顶板岩层各测点随时间变化,特点为 锚固内岩层和锚固外岩层在一定时间内能够趋于 稳定, 初期离层值不大, 一般小于l m m/ d, 稳定时 间大约在5 ～ 2 0天, 一般在0 .0 8 ～ 0 .1 5 m m/ d, 该变形 特点表明安装锚索应该紧跟迎头,避免锚固区外 的岩层离层以保持顶板的稳定。 4 .2 .4根据现场测试结果, 除了破坏测点外,3 个测点的锚固区内的离层大于锚固区外的离层。 在确定顶板离层值临界值时,今后应该注意的问 题是锚固区外离层临界值应该小于或与锚固区 内相当为宜。 4 .2 .5部分测点锚固区内、 外顶板离层观测值 超过了离层临界值,据分析是由于局部巷道围岩 破碎, 顶板软弱岩层增厚, 锚固层不能有效支撑上 部岩层。此时需要采取加强支护措施,如加密锚 索、 架棚等, 以确保安全。 5结束语 通过对小康矿巷道顶板离层的监测, 我们发 现影响顶板离层的因素最主要决定于巷道周围的 岩石性质, 以及选择那种巷道支护方式并且如何 判定巷道离层的性质也是及时对巷道进行有效支 护的重要步骤。 参考文献 [ 1 ]时连强.锚杆支护巷道离层失稳机理及控制 研究[ J ] .山东科技大学学报,2 0 0 35. [ 2 ]王同旭.综放特厚煤层回采巷道冒顶机理分 析及控制技术的试验研究[ J ] .矿业安全与环保, 2 0 0 0,2 75. [ 3 ]王英建, 马植胜, 谭云亮.锚杆对顶板锚固机 理的新认识[ J ] .山东科技大学学报,2 0 0 0,1 9 . 作者简介 韩大勇1 9 7 0 ～ 男, 毕业于河北煤 炭建筑工程学院采矿工程专业,现于铁法煤业集 团小康煤矿从事矿建工作。责任编辑 袁依凡 小康矿锚杆支护巷道顶板离层形式及影响因素 韩大勇孙宏启 铁法煤业集团小康煤矿, 辽宁 调兵山1 1 2 7 0 0 摘要 结合小康矿顶板离层实际监测数据, 阐述了锚杆支护巷道顶板离层的不同形式以及影响离层的各种因素, 从而为其他在锚杆支护巷 道中容易发生离层的岩层位置判别以及采取相应的支护方式提供借鉴, 以期达到好的支护效果, 达到保证安全生产, 减少巷道翻修和不翻修巷道的 目的。 关键词 锚杆支护; 顶板离层; 岩层
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