顶板失稳规律及离层控制机理汇总.ppt

煤矿巷道层状顶板的安全控制理论;与其它岩土工程相比，煤矿顶板控制及巷道支护更困难 围岩赋存不均质：巷道必须布置在煤层中，两帮为煤体，顶底板为软弱的层状岩体； 围岩条件变化频繁：同一煤层不同块段、同一块段不同位置顶板赋存条件往往都有区别；地质构造出现频度大，尚难以高精度预测； 围岩强度低: 围岩松软破碎，单轴抗压强度小于20MPa； 原岩应力大: 埋藏深，原岩应力大；地质构造产生的附加水平应力强烈； 动压影响强烈：受强烈的采动影响，应力提高3~5倍； 存在大量特殊的安全技术问题: 瓦斯、煤尘、煤体自燃发火、地下水、构造等灾害严重。;煤矿顶板类别及划分 煤矿Ⅳ、Ⅴ类顶板煤巷控制技术属于国际性难题 国内外Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类顶板控制技术已经成熟 基本思想是建立支护构件（锚杆）和顶板坚硬岩层之间的联系； 美、澳煤层条件类似于我国Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类，全部采用锚杆支护技术； 我国“九五”攻关形成了高强螺纹钢树脂锚杆成套技术，正在推广。 Ⅳ、Ⅴ类顶板(极易离层破碎型)控制难度极大 现有控制技术不能及时对顶板起作用，不能有效控制冒顶； 现有控制技术不适应采动影响，支护结构易失稳； 控制理论建立在依赖坚硬岩层的基础上，不适应厚层松散破碎顶板条件。;;首先研究煤层顶板赋存特征及与技术难点 顶板4~6m范围内通常没有坚硬岩层，这一依赖坚硬岩层的顶板控制思想受到限制； 通常巷道只能采用棚式支护形式，但高密度重型金属支架的强度根本不能满足Ⅳ、Ⅴ类巷道强烈的矿压显现； 国内外一致认为，随采深加大煤矿地下开采只有发展锚杆类支护。 如何在没有坚硬岩层的厚层松软顶板条件下应用锚杆支护技术，保证顶板的稳定性，实现顶板的安全控制是Ⅳ、Ⅴ类顶板支护的技术难点和关键所在。;复杂条件煤巷使用锚杆支护存在的现象 锚杆使用密度很大，但支护效果很不理想 变形量大：1000~2000mm以上 采动状态下变形失控 不能有效控制顶板离层，恶性冒顶事故时有发生 冒顶率：万分之三~五 事故率：五万~十万分之一 金属支架类被动支护使用抬头;1.冒顶原因分析;1.冒顶原因分析;1）通过综合研究发现此类顶板岩体具有两种垮冒型式 松脱型垮冒：垮冒范围一般在0.5~1.5m内，负荷15~25 kN/m2 。;挤压型垮冒： 在水平应力和自重应力双重作用下，薄层状岩体发生弯曲变形，导致弱面离层，变形持续发展，渐次向上垮冒。;顶板的稳定性取决于锚固区内外的离层状况 锚固区内离层：松脱型垮冒得不到控制，锚固区产生裂隙，锚固强度衰减，进而导致锚固区整体稳定性的削弱或破坏； 附件强度低、整体性差 预拉力偏小 锚固区外离层：锚固区的完整性较好，但整体变形过大，不能阻止外层岩体的渐进破坏，导致外层弱面离层。锚固区外离层的持续发展将导致锚固区整体垮冒。 锚固层的厚度偏小 预拉力偏小;锚杆的支护效能取决于实际工作状态;1.首先对顶板赋存结构开展精密探测; 测点位置; ;四、顶板安全控制基本原理 ;顶板安全控制基本原理;顶板安全控制基本原理;稳定顶板的楔形锚固结构;国内外煤矿支护状况及对比 国外主要先进采矿国家煤矿支护条件与我国的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类煤巷相近，支护技术水平相当，以高强树脂锚杆支护技术为主 主导理论：悬吊理论（松散层较薄） 主流技术：高强螺纹钢树脂锚杆支护技术