关于煤矿巷道顶板离层的原因分析

关于煤矿巷道顶板离层的原因分析及预防措施
摘要:通过对各种不同顶板离层现象的总结,分析了顶板离层产生的方
式及与各参数的关系,对生产中顶板离层控制进行指导.
在煤矿生产中,顶板的控制尤为重要,关系到工作人员的人生安全,以及生产活动的顺利进行.以下对发生顶板离层现象的原因进行分析,
对在生产实践中顶板离层的控制有很好的指导意义.
1.发生顶板离层的原因
1.1 岩层受外力作用破环原有应力平衡产生离层
煤层在未开采前,顶板和周围岩层都处于应力平衡状态,当被开采后应力从新分布达到平衡状态,在此过程中,岩层要受到拉张和剪切破坏,当岩层在自重作用下发生弯曲时,岩层层面上产生的垂直拉应力为:
δ=γh
式中：
δ-----为垂直拉应力，N/m2；
γ-----为视密度，N/m3；
h-----为下部岩层的厚度，m。

如果岩层所受拉应力大于岩层本身抗拉强度时，岩层就会发生离层，由于岩层内部胶合力的不同，离层往往发生在两层不同岩性的交接面上。

1.2 由于水平应力作用而产生的顶板离层
岩层在不同区段所受水平应力不同，在高水平应力及富含软弱夹层的区段由于夹层强度很低水平应力对顶板离层有很大影响，水平应力会使岩层向下或向上发生隆起，严重破环原岩层内部平衡，达到一定程度发生离层。

水平应力作用产生离层
1.3 岩层本身赋存条件的影响
煤矿巷道围岩一般程层状分布，且受不同程度的节理、裂隙的切割，巷道顶板各分层的岩性、厚度、节理裂隙的发育程度对顶板的稳定性有很大影响，再巷道顶板岩性一定的情况下，分层厚度、层节理裂隙距离越大，发生离层的可能性越小。

特殊的地质构造如断层，褶皱、破碎带等，这些岩层都受过严重地压冲击或挤压而成，岩层构造裂隙也比较发育，巷道围岩的变形和破环强烈，如果受到采动影响岩层极易发生离层，在特殊的地质岩层中很容易导水，当水渗入岩层后，岩石的体积膨胀，此时离层出现或加剧，这种队岩层的破坏时永久的，再受到一定外力作用会发生更严重的离层。

2 预防顶板离层的方法
2.1加强对巷道顶板的维护，采用合理的支护方式
锚杆支护理论一般分为悬吊理论、松动圈理论、组合拱理论和组合梁理论，以组合拱理论为基础，锚杆的作用较小，主要是控制顶板下部的岩体错动和离层失稳的发生。

在顶板支护过程中，锚杆的型号、间距、排距、长度、安装质量等对巷道顶板的控制至关重要，在设计中要综合考虑支护成本和支护质量，最大程度的满足技术和经济方面的要求，加锚裂隙岩体的研究表明锚杆的强度和对裂隙面产生的径向作用力可以极大提高裂隙面的强度，提高锚杆的锚固力可以增加岩层锚固体的整体性，从而根本上改善岩体的承载性能，使巷道顶板由不稳定向稳定转化。

高强度的应力支护可以改善顶板的应力状态，消除顶板的中部的拉应力区，同时减弱巷道两个顶角的剪切应力集中程度，通过强化顶板弱面，消除拉伸破坏，控制围岩弱化区的发展，使锚固区载荷趋于均匀并实现连续传递，从而实现良好的预应力承载结构。

要做好对顶板的监测工作，引进先进的巷道矿压观测机具，如顶板离层仪、锚索测力计等，以加强对巷道围岩变形观测，根据矿压观测机具的各项参数变化，及时调整加强支护，确定支护质量达到规定要求，平时做好监测记录，发现顶板下沉，应该及时处理。

特殊顶板情况应该采取特殊的支护方式，如遇到断层，交叉巷道等，采用架棚或打梁的支护方式加固顶板，有效控制其下沉。

2.2巷道断面的选择
合理选择巷道断面对顶板的控制有很大影响，巷道断面越大越不利顶板的稳定性，巷道的形状中拱形断面稳定性最好，所以在满足生产要求的同时，选择拱形断面能使巷道围岩受力均匀，巷道围岩与锚杆、网等形成强化后的共同体，抵抗外载的能力得到提高，并有利于巷道顶板
的维护。

矩形断面容易在两边产生高应力集中和剪切力，稳定性较差，在顶板条件较好的区域可以选用。

结论：
通过对煤矿巷道顶板发生离层现象的分析可知，离层是原岩受到外力作用或自身重力作用，发生在各分层交接面上的现象，通过有效合理的支护形式，将岩体所受离能够均匀的分布，从而达到新的平衡状态。

参考文献：
[1] 刘志磊煤矿技术大百科银声音像出版社 2004.03
[2] 刘文韬煤矿矿井支护新技术与设计计算及支护产品选型、设计、
维护使用手册中国煤炭工业出版社 2007.07
[3] 钱鸣高岩层控制的关键层理论中国矿业大学出版社
2000.10。