辛置煤矿复合顶板巷道支护设计.doc

辛置煤矿复合顶板巷道 支 护 方 案 设 计 霍州煤电集团公司 中国矿业大学 二○○六年七月 一、巷道布置与工程地质概况 辛置煤矿2-617工作面所掘进为正巷、副巷、切巷及联巷。井下西为2-615掘进工作面，东为2-619设计面，南为左翼上部轨道巷，上部皮带巷，北至H=150m的断层及风氧化带。本工作面所掘进巷道均为沿2#煤层顶板掘进的回采巷道。2-617工作面位于450水平，工作面标高360～430m水平，西为2-615工作面（正掘），东为2-619工作面（未掘），南为左翼上部轨道巷（已掘）。临近巷道对本工作面无影响。2-617工作面巷道布置如图1所示。本次复合顶板巷道支护试验在2-617工作面副巷进行。 图1 2-617工作面巷道布置平面图 2-617工作面煤（岩）层赋存特征如表1所示。 表1 煤（岩）层赋存特征 项目 指标 煤层厚度（最小～最大/平均）/m 3.05～3.32/3.18 煤层倾角（最小～最大/平均）/（。） 2～8/4 煤层厚度f 1.5 煤层节理（发育程度） 发育 煤尘爆炸指数/% 35.45 瓦斯相对涌出量/m3/t 3.92 2-617工作面综合柱状图如图2所示。 图2 2-617工作面综合柱状图 二、巷道破坏机理分析 只有正确地分析巷道破坏的机理，才能给出合理的支护对策与支护参数，以最小的投入，有效地控制和维护巷道，取得最佳的技术经济效益。下面从煤巷两帮煤体及顶板的变形破坏机理着手，得出了辛置煤矿复合顶板围岩煤巷的变形破坏机理。 1、两帮煤体变形破坏机理分析 由于垂直应力集中而在两帮煤体产生的破裂面主要是两种类型的剪切滑移面。 其形成与发展是导致煤帮变形破坏的主要因素之一。 第一种剪切滑移面是在煤体内出现的两组共轭剪切滑移面，其分布形态见图3中所示。假设从煤体中取一单元，分析其受力不难看出，这种剪切滑移面的成因是来自顶底板的垂直载荷对煤体的压剪破坏。其滑移条件符合摩尔——库仑准则： ( ( C0+(ntg ( 式中：(——滑移面上的剪应力； C0——煤体的沾结力； (——煤体的内摩擦角； (n——滑移面上。 这种滑移面形成之后，随着沿滑移面剪切错动量的增大，煤体对顶板的支撑作用会逐渐降低，同时，由于剪切扩容效应，煤体会发生侧向膨胀而出现松动，当松动发展到一定程度时，由滑移面与巷道煤壁自由面所分割的煤体便会发生塌落，形成片帮。 图3 两帮煤体中两种类型的剪切滑移面 这种滑移面的形成及其影响有以下特点： （1）当煤体十分松软时，（意味着煤体的介质属性本身就不具备弹塑性特征），也可能不出现可见的剪切面，而只是持续性地鼓出。 （2）当煤体中的劈理比较发育时，因为劈理面上的C、(值显著低于煤本身，因此，滑移面将追踪天然劈理的产状形成与发展的趋势。劈理是影响煤帮稳定性的另一个主要因素； （3）第一类滑移面形成以后，两帮煤体中会形成塑性区。塑性区煤体处于极限平衡状态，即处于随时产生滑移的临界状态； （4）采动影响阶段，由于垂直方向应力增大，沿剪切滑移面的剪切错动值会显著增大，表现为煤体的松动程度将明显加剧； （5）松动会造成巷道顶板的实际跨度增大，给顶板支护带来负面影响。 第二种剪切滑移面出现在煤层与顶底板岩层的交界面上，如图3所示。其滑移条件同样符合摩尔-库仑准则。这类滑移面的成因是：由于煤体的泊松比大于顶底板岩石，因而具有从顶底板之间向巷道中挤出的趋势，这种趋势使得煤体内以及煤体与顶底板之间的层面处产生剪应力，但由于层面上的的C0、(0值显著低于煤本身的C、(值，因此，煤层与顶底板的层面处总是先于煤体本身达到临界滑移状态，这是第二类滑移面形成的内因；当靠近巷道的表层煤体因第一种滑移面的形成而发生松动后，它对顶板的支撑作用会显著下降，这意味着层面上的正应力减小。与此同时，随着原来由表层煤体承受的垂直载荷向深部转移，深部煤体的侧向变形会相应增大，这又会进一步加剧表层煤体向巷道内挤出的趋势，并会最终满足滑移条件，这是第二类剪切滑移面形成的外因，实际上这是第一类剪切滑移面对第二类剪切滑移面的诱发作用。第二类剪切滑移面形成与发展的结果是造成煤体向巷道内挤出。这种滑移面的形成及其影响有以下特点： （1）容易发生松动的煤层也就容易发生挤出，未发生松动煤体一般不会发生挤出； （2）挤出煤层如果得不到控制，还会在一定程度上加剧松动，因为表层煤体的挤出为深部煤体发生松动提供了空间； （3）实际观测数据表明，煤体的挤出在两帮相对移近量中占有很大的比重； （4）在回采影响阶段挤出会以比松动更大的幅度增长； （5）挤出会对顶板岩层形成附加水平应力作。 可以认为，挤出是回