口孜东矿11-2煤岩巷顶板离层稳定性分析

口孜东矿11-2煤岩巷顶板离层稳定性分析

徐盼,吴德义

(安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥230061)

摘要：淮南矿区口孜东矿11-2煤埋置深,顶板地质条件复杂，根据已有研究结果将多点位移计实测的顶板总离层分离为层间离层和塑性变形。比较分离后层间离层、塑性变形值与其临界值 ，得出了该煤层岩巷顶板失稳特征，并分析了顶板岩层组成变化对其产生的影响，可为顶板合理支护提供依据。

关键词：层间离层；塑性变形；顶板离层稳定性；顶板岩层组成

收稿日期：2014-12-29

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51374009)

作者简介：徐盼(1992-)，男，主要研究方向为岩土工程。

中图分类号：TD262.3

Research on roof separation stability of rock

tunnel in 11-2 coal layer in Kou-Zi Dong mine

XU Pan,WU De-yi

(School of Civil engineering,Anhui jianzhu university , hefei 230061,China)

Abstract:Because of deeper tunnel buried depth and complex roof geological conditions of 11-2 coal layer in Huainan Kou-Zi Dong mine, total roof separation value tested by Multi-point displacement meter was differentiated into interlayer separation and plastic deformation based on the current research achievements. The instability characteristic and influence of roof rock layer variation on instability were analyzed by comparison interlayer separation value and plastic deformation value with their critical value. The result could offer basement for reasonable roof support.

Key words:interlayer separation; plastic deformation; stability of roof separation; composition of roof layer

口孜东矿11-2煤埋深约900m，顶板组成复杂多变，由于煤层埋置深，巷道布置于11-2煤层中很难保持稳定，必须布置在煤层顶板中，巷道底板沿煤层掘进，工程中一般采用锚网索支护，结果表明局部地段顶板仍难以保持稳定，为此，必须对11-2岩巷顶板离层稳定性进行分析。顶板失稳主要由塑性变形或层间离层不稳定引起[1-2],本文采用多点位移计对不同典型地质条件顶板离层进行了实测，根据顶板塑性变形及层间离层不同特点[1]，将工程实测总离层分离为层间离层和塑性变形，并与层间离层和塑性变形临界容许值比较[3]来分析顶板离层失稳形成的主要机制。可为合理锚杆索支护参数确定提供依据，并可在同类巷道支护推广应用。

1多点位移计工程实测

口孜东矿11-2煤顶板地质条件多变，选择如图1(a,b,c)三种典型地质条件，采用北京泰瑞金星仪器有限公司生产的KJ327-F型矿压监测分站获取多点位移计测得的数据。3种不同位置巷道顶板中部多点位移计测点布置如图2，采用4个矿压监测分站，典型的1号孔多点位移计及矿压监测分站布置如图3。

图111-2煤典型三种不同地质条件

三种典型地质条件多点位移计实测结果如图4。

2多点位移计实测结果分析

2.11号孔位置

根据图5(a)实测结果，由于围岩岩性较好及锚杆锚固作用，距顶板3.5m范围离层量较小。距顶板表面4.7m范围30d内实测离层随时间变化较好满足：

(1)

距顶板表面9.0m范围内实测30d内离层随时间变化回归方程较好满足：

(2)

根据顶板塑性变形和层间离层不同特点[1]，顶板离层初期30d内距顶板3.5-4.7m范围以及4.7-9.0m范围离层主要呈现塑性变形。30d后顶板塑性变形可以依据式(1)及式(2)推算，30d后顶板层间离层估算值为实测总离层与塑性变形估算值之差。

2.22号孔位置

据图5(b)实测结果，顶板离层呈现明显的层间离层特征[2]。2号孔位置，距顶板3.5m及8.0m测点位置离层实测值主要呈现层间离层，塑性变形量较小。

2.33号孔位置

离层初期30d内3号孔距顶板表面4.7m 位置实测离层随时间变化回归方程可示为：

(3)

离层初期30d内3号孔距顶板9.0m位置实测离层随时间变化回归方程可示为：

(4)

离层初期30d内：距顶板较近范围(0-3.5m)内，离层以层间离层为主；距顶板一定范围(3.5-4.7m)内，离层主要为塑性变形；距顶板较远范围(4.7-9.0m)，离层以层间离层为主。

30d后顶板塑性变形可据式(3)及式(4)推算，30d后顶板层间离层估算值可用实测总离层与30d时顶板离层实测值差值示之。30d后各测孔位置不同区段层间离层分布如图5。

图5各测孔位置不同区段层间离层分布

3顶板离层稳定性分析

塑性变形临界值可据岩性不同分别取值[3]：围岩岩性砂岩时，表面变形临界值为100mm；围岩岩性泥质砂岩和砂质泥岩时，表面变形临界值为120mm；围岩岩性为泥岩时，表面变形临界值取150mm；围岩岩性为煤时，表面变形临界值取200mm。图5计算结果表明:三种典型地质条件下,顶板表面塑性变形不超过50mm，一般地质条件顶板塑性变形保持稳定。

口孜东矿11-2煤顶板锚固区内外层间离层临界值为15.0mm，单个结构面层间离层临界值更小[4-6]。图5计算结果表明：1号孔距顶板3.5-4.7m位置结构面产生了显著不稳定层间离层，距顶板4.7-9.0m位置结构面层间离层有不稳定发展趋势；2号孔距顶板3.5-8.0m位置结构面层间离层显著不稳定；3号孔位置距顶板0-1.8m及4.7-9.0m位置结构面离层快速增长，据顶板1.8-3.5m位置结构面层间离层有不稳定发展趋势。三种典型地质条件都存在不稳定发展关键层，顶板岩层结构组成不同，关键层位置及数量不同，不稳定关键层主要由岩层岩性、厚度及距顶板高度确定。接近煤层顶板的薄层软弱岩层易于产生不稳定层间离层，一般地质条件口孜东矿11-2煤顶板有明显层间离层发展趋势。

4结束语

根据顶板层间离层和塑性变形不同特点，将典型地质条件多点位移计实测离层值分离为层间离层与塑性变形并和其临界值比较。结果表明：口孜东矿11-2煤岩巷顶板不稳定主要由层间离层引起的，多变的顶板岩层组成变化，使关键层位置产生改变。

参考文献

1吴德义 ,闻广坤 ,王爱兰.深部开采复合顶板层间分离稳定性判别[J].采矿与安全工程学报,2011,28(2):252-257.

2贾蓬，唐春安，王述红.巷道层状岩层顶板破坏机理[J]. 煤炭学报，2006，31(1)：11-15.

3吴德义,程桦.软岩允许变形合理值现场估算[J].岩土工程学报,2008,30(7):1029-1032.

4陈勇，柏建彪，李传坤. 顶板离层主要影响因素分析[J].能源技术与管理，2007(6)：29-31.

5鞠文君，刘东才. 锚杆支护巷道顶板离层界限确定方法[J].煤炭科学技术,2001,29(4):27-29.

6孔恒，马念杰等.基于顶板离层监测的锚固巷道稳定性控制[J].中国安全科学学报，2002，12(3):55-58.