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　　試驗(yàn)工作面地面標(biāo)高為＋70.8米，工作面標(biāo)高為—376~－425米。煤層總厚度為7.48米，煤層傾角為10º；有一層夾矸，其厚度變化較大，在南二上下延左二塊厚度為1.3~4.0米，走向約為1200米，巖性為黑灰色粉砂巖；工作面走向長(zhǎng)1260米，傾斜長(zhǎng)190米。該區(qū)域的北部為一寬緩的向斜構(gòu)造，距離南四石門17煤層上山約600米為向斜軸，最低點(diǎn)標(biāo)高為-425米左右：預(yù)計(jì)對(duì)掘進(jìn)有影響的斷層有6條，多為正斷層，在斷層附近煤巖層裂隙發(fā)育。

 

　　該項(xiàng)目評(píng)估為：巖體容重按25KN/m3，則－420米位置γｈ＝１0.5MPa，則σ1/γｈ＝1.8MPa，可以看出該工作面區(qū)域存在較大的水平應(yīng)力。

 

　　二、厚煤層巷道頂、幫煤體變形破壞特征

 

　　1、巷道頂板的變形失穩(wěn)

 

　　厚煤層巷道頂板變形失穩(wěn)過程分2個(gè)階段：

 

　　柱狀 頂?shù)装?span id="eqq4446" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 巖石名稱 厚度/m 巖性描述

 

　　.... 基本頂 粉砂巖 8.0 黑灰色，水平層理，上部含高嶺土質(zhì)

 

　　……… 直接頂 粉砂巖 4.0 深灰色泥巖，貝殼狀斷口，上部含砂質(zhì)

 

　　17煤層 3.5~5.1

 

　　…….. 直接底 粉砂巖 2.61 黑灰色粉砂巖，含植物根化石及黃鐵礦散晶

 

　　……..

 

　　……..

 

　　... 基本頂 細(xì)砂巖 5.39 灰白色細(xì)砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)，成分以石英長(zhǎng)石為主

 

　?。?）前期階段。巷道頂板為煤體，頂煤主要受水平載荷作用，水平載荷由兩部分構(gòu)成：一是原始應(yīng)力場(chǎng)中水平應(yīng)力因巷道開挖而重新分布后對(duì)頂煤形成的載荷；另一部分是垂直應(yīng)力重新分布后形成確兩側(cè)應(yīng)力集中區(qū)，由于煤體泊松比明顯大于巖石而發(fā)生側(cè)向變形，形成附加水平載荷作用在頂煤上。頂煤在水平載荷作用下發(fā)生剪切擴(kuò)容，從而出現(xiàn)松動(dòng)，松動(dòng)后的頂煤傳遞水平載荷的能力大幅度降低。水平載荷向上部轉(zhuǎn)移，形成新的剪切破壞區(qū)。

 

　　（2）后期階段。經(jīng)過前期階段的變形破壞，已發(fā)生松動(dòng)的頂煤由于強(qiáng)度低，出現(xiàn)松動(dòng)后各塊體間很難象巖層即樣形成穩(wěn)定的嵌合關(guān)系來維持自穩(wěn)，在自重和上部煤體剪切擴(kuò)容產(chǎn)生的膨脹壓力作用下發(fā)生松塌性垮落。對(duì)于整體性很差的煤層（如斷層帶附近）、頂煤在受水平載荷作用之前就已經(jīng)發(fā)生松動(dòng)，此時(shí)便不經(jīng)前期階段而由自重直接導(dǎo)致垮落。

 

　　2、兩幫的變形失穩(wěn)

 

　　兩幫在應(yīng)力重新分布后的垂直應(yīng)力作用下將出現(xiàn)塑性區(qū)，塑性區(qū)靠近巷道邊緣附近還會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)區(qū)。根據(jù)塑性理論，兩幫煤體塑性區(qū)的出現(xiàn)是兩種類型的剪切滑移面形成與發(fā)展的結(jié)果。

 

　　第一種是在煤體內(nèi)部出現(xiàn)的兩組共軛剪切滑移面，這種剪切滑移面的成因是頂板載荷對(duì)煤體的壓剪作用，其滑移條件符合摩爾一庫侖準(zhǔn)則。這種滑移面形成之后，隨著沿滑移面剪切錯(cuò)動(dòng)的增大，煤體對(duì)頂板的支護(hù)作用逐漸降低。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)，由滑移面與煤壁臨空面所分割出的煤體便會(huì)發(fā)生松塌，形成片幫。

 

　　第二種剪切滑移面出現(xiàn)在煤層與底板之間的層面上，其滑移面的成因是：由于煤體的泊松比大于底板巖石，因而具有從頂?shù)装逯g向巷道中擠出的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)使煤體內(nèi)以及煤層與底板之間的層面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，但由于層面的抗剪能力低，所以煤層上下層面處總是先于煤體本身達(dá)到臨界滑移狀態(tài)。這類滑移面形成與發(fā)展的結(jié)果是造成煤體從頂、底板之間向外擠出。

 

　　顯然，擠出主要發(fā)生在煤體較松軟而垂直應(yīng)力相對(duì)比較高的情況下，如回采動(dòng)壓影響階段，兩幫擠出十分明顯，表現(xiàn)了回采巷道圍巖層狀特性與回采動(dòng)壓影響綜合反映。這與進(jìn)一步牽動(dòng)了頂板的穩(wěn)定性。因此，兩幫支護(hù)狀況對(duì)頂煤穩(wěn)定與否的影響更為直接、更為顯著。

 

　　三、厚煤層巷道錨桿支護(hù)機(jī)理

 

　　錨桿的支護(hù)作用在于：在圍巖變形的早期階段，在應(yīng)力可能超過巖（煤）石強(qiáng)度的區(qū)域?qū)r層進(jìn)行加固，盡可能提高其自承能力或承載能力；在圍巖變形的中期階段對(duì)已出現(xiàn)破壞的巖（煤）體進(jìn)行加固可顯著地提高圍巖的殘余強(qiáng)度，從而使其繼續(xù)保持較高的傳遞應(yīng)力的能力，避免應(yīng)力向深部巖體轉(zhuǎn)移，形成新的更大的破壞區(qū)；在圍巖變形的后期階段平衡由破裂面或破壞區(qū)邊界所分割出的已過分松動(dòng)或與母巖脫離而不能有效傳遞應(yīng)力的巖（煤）體所承受的載荷（自重+深部巖體的膨脹壓力），阻止其發(fā)生垮落或松塌。

 

 

　　1、結(jié)構(gòu)合理

 

　　厚煤層巷道頂部錨桿類型的選擇應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

 

　?。?）支護(hù)體系的強(qiáng)度。反映了錨桿約束效應(yīng)所能達(dá)到的最大程度，取決于錨桿構(gòu)件本身的強(qiáng)度及其錨固特性（包括錨固力的大小、錨固力的傳遞效果）。設(shè)計(jì)時(shí)以二者較小值為基礎(chǔ)，為保證支護(hù)體系的強(qiáng)度可適當(dāng)減小錨桿間排距。

 

　　（2）支護(hù)體系的剛度。反映了圍巖變形早期階段錨桿約束效應(yīng)隨圍變形的增長(zhǎng)幅度，進(jìn)而反映了錨桿約束效應(yīng)對(duì)圍巖變形的響應(yīng)特性，取決于錨固強(qiáng)度（單位長(zhǎng)度所能產(chǎn)生的最大錨固力）和參與變形的桿體長(zhǎng)度范圍。

 

　?。?）支護(hù)體系的讓壓性。反映了錨桿支護(hù)體系對(duì)圍巖大變形的適應(yīng)能力。取決于桿體的可延伸性。從支護(hù)的角度，希望錨桿在圍巖變形較小時(shí)有較高的剛度。而在圍巖變形較大時(shí)，又有較好的讓壓性。

 

　?。?）抗剪阻力。反映了錨桿橫向約束效應(yīng)的程度。即錨桿桿體對(duì)圍巖剪切錯(cuò)動(dòng)的控制效果，取決于桿體的抗剪強(qiáng)度及桿體與孔壁之間的結(jié)合情況，充填情況及充填體（即固化后的錨固劑）的強(qiáng)度。

 

　?。?）早期承載特性。反映了錨桿約束效應(yīng)相對(duì)于圍巖變形的及時(shí)性、主動(dòng)性，取決于早期錨固力的大小，特別是錨桿安裝時(shí)的預(yù)緊強(qiáng)度。

 

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，考慮支護(hù)體系剛度、抗剪、早期承載特性和錨固可靠程度，樹脂全長(zhǎng)錨固錨桿是最適合于全煤體中的作用角比較小，為了達(dá)到使頂煤保持類似整體結(jié)構(gòu)的目的對(duì)頂煤均需考慮鋪網(wǎng)并且用鋼帶把同排中的錨桿聯(lián)結(jié)起來，形成“錨帶網(wǎng)”組合錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)。其中，鋼帶應(yīng)首選專門軋制的W型鋼帶，其護(hù)頂效果優(yōu)于用鋼筋焊制的梯子形鋼帶。

 

　　試驗(yàn)條件下的全煤巷道兩幫變形量預(yù)計(jì)較大，幫錨桿支護(hù)應(yīng)充分考慮支護(hù)體系的強(qiáng)度、剛度、對(duì)殘余強(qiáng)度的影響，讓壓性能的平衡，尤以讓壓性能最為重要。因此采用端錨是適宜的錨固方式。

 

　　2、厚煤層巷道補(bǔ)強(qiáng)加固措施

 

　　厚煤層巷道錨桿支護(hù)可供考慮的補(bǔ)強(qiáng)加固措施有打點(diǎn)柱、架棚聯(lián)合支護(hù)、安裝錨索3種。錨索與普通錨桿的支護(hù)特性基本一致，能實(shí)現(xiàn)共同協(xié)調(diào)承載，與打點(diǎn)柱、架棚聯(lián)合支護(hù)相比斷面利用率高、對(duì)行人運(yùn)輸?shù)葻o影響，它比錨桿支護(hù)錨固深度大，承載能力高，并可施加較大的預(yù)緊力，可獲得比較理想的支護(hù)效果，是目前最可靠、最有效的一種手段。因此，采用了錨索補(bǔ)強(qiáng)。