三软煤层再生胶结顶板巷道支护技术.ppt

? 中 国 矿 业 大 学 柏建彪 主 要 内 容 1 再生胶结顶板及其巷道矿压显现规律 2 水力膨胀锚杆对再生胶结顶板的支护 3 树脂锚固锚杆对再生胶结顶板的适应性 4 工业性试验? 1 再生胶结顶板及其巷道矿压显现规律 4 工业性试验 4.1 试验巷道工程地质条件 1）309工作面概况 试验巷道为309工作面材料道，煤层：厚度平均为1.8m，倾角12 °～19°，平均17°。 2）试验巷道顶板状况 从下至上依次为： 再生胶结顶板：0.2～0.8m，平均0.5m； 不规则垮落带：1.2～4m厚砂页岩和砂页岩与煤线互层； 规则垮落带：2.8m厚砂岩及其上方2.0m厚砂页岩 规则移动带：17.5m厚的砂岩及以上岩层 4. 2再生胶结顶板矿物成分与强度试验分析 4.2.1 再生胶结顶板的矿物成分 定性分析结果：样品的主要矿物成分为高岭石、伊利石、伊利石/蒙脱石混层及石英，有少量的长石、菱铁矿、方解石等矿物。 （2） 定量分析 分析结果（重量百分比）： 粘土类：总计 67% 石英、长石类：总计 29% 其它：总计 4% 4.2.2 再生胶结顶板强度 * * 三软煤层再生胶结顶板巷道 锚杆支护技术研究 1.1 再生胶结顶板的形成过程 1）初期阶段：再生胶结顶板组成物质的自然“混合” 2）中期形成阶段：压力增加、温度上升，混胶结构体的岩块吸水膨胀、风化、变软或粉化，水分挤出或蒸发，形成一个半湿干的泥渣石块混合结构层 3）胶结形成阶段：载荷剧增，温度上升，加速水分蒸发，最后形成再生胶结顶板 1.2 影响再生胶结顶板生成的因素 1）岩性对再生胶结顶板的形成起主导作用 含泥质成分或AL2O3胶结物较高的岩石破碎后遇水易形成稳定的再生胶结顶板。 2）含水率对再生胶结顶板强度的影响 含水率低胶结不好、胶结层强度小；含水率高，泥岩遇水强度降低，胶结层强度低。在7%左右，再生胶结顶板胶结最好、强度最高。 3）采深对再生胶结顶板稳定性的影响 随采深增加，采空区压力增大，顶板胶结好。 表3 不同采深再生胶结顶板强度指标试验结果 ? 项目 采深H(m) 粘聚力C（MPa） 含水率6.3% 60 0.063 100 0.129 140 0.151 180 0.297 200 0.356 1.3 再生顶板胶结层厚度 一般再生顶板胶结层厚度不大。韩桥矿309工作面再生胶结层厚度0.2～0.8m，平均0.5m。 1.4 再生顶板工作面矿压显现规律 1）老顶来压不明显 2）采场支架载荷减小 3）顶底板移近量大 1.5? 再生顶板巷道矿压显现规律 再生胶结顶板强度小，其上部存在松散破碎的矸石层，易引发冒顶，同时，上覆岩层离层，顶板压力大。传统的型钢架棚支护，支架变形严重、巷道变形量大、维护困难。 1.6 巷道位置 数值模拟结果显示，上分层工作面回采后，区段煤柱下方的垂直应力和剪切应力集中，而采空区内应力减小；随着与煤柱的水平距离增大，垂直应力增大，而剪切应力减小。煤柱两侧4~5m范围内的剪切应力较大，向外剪切应力快速衰减，因而，309材料道与109工作面区段煤柱的水平距离应大于5m。 垂直应力分布 剪切应力分布 2水力膨胀式锚杆及其对再生胶结顶板的支护 2.1 水力膨胀锚杆的锚固力 摩擦式锚固锚杆，锚固力是通过注入高压水，使杆体与孔壁之间产生径向压力、轴向压力和摩擦力 1）托锚力 水力膨胀锚杆安装时，沿纵向有一定的收缩量，形成托锚力即预紧力。 2）粘锚力 锚杆管壁依钻孔形状产生永久变形，镶嵌入围岩中。由于围岩深部与浅部变形的差异，使杆体与孔壁之间产生相对位移，通过摩擦力对围岩施加锚固力来抑制围岩变形。 3）切向锚固力 水力膨胀锚杆切向锚固力由两部分组成，其一是杆体贯穿弱面，限制围岩沿弱面滑动或张开；另外在杆体膨胀时，杆体给周围岩体很大的挤压力，沿杆体切向围岩形成环向压应力区。 2.2 水力膨胀锚杆的性能 再生胶结顶板属碎裂结构，碎裂结构岩体的变形和破坏机理与围压水平密切相关。在低围压条件下，增加围压可显著提高破碎围岩的残余强度，保持巷道稳定。 与粘结式锚杆相比，水力膨胀锚杆的主要特点是通过高压充液，使自身扩展，挤压锚孔周边围岩，提高破碎围岩围压，改善应力状态及力学性能，提高围岩稳定性，发