复合顶板采动巷道围岩破坏形态与控制技术：：：

第1章 绪论…

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

第2章复合顶板采动巷道围岩结构与矿压显现特征

2.1试验矿井工程地质概况

2.2巷道围岩矿压显现特征…

2.3本章小结…

第3章复合顶板采动巷道顶板变形破坏机理

3.1采动巷道围岩应力环境特征…

3.2采动巷道围岩破坏的基本特征…

3.3塑性区隔层扩展及其对顶板稳定的影响…

3.4复合顶板采动巷道冒顶机理数值模拟分析…

3.5复合巷道顶板破坏现场探测…

3.6本章小结…

第4章复合顶板采动巷道顶板稳定性控制

4.1无软弱夹层巷道复合顶板失稳力学模型建立及分析…

4.2含软弱夹层巷道复合顶板失稳力学模型建立及分析……

4.3复合顶板采动巷道稳定性控制方法…

4.4本章小结

第5章复合顶板采动巷道帮部稳定性控制5.1采动巷道帮部大变形理论分析

5.2采动巷道帮部变形破坏可控性分析

5.3采动巷道帮部大变形控制技术

5.4本章小结…

第6章工程应用…

6.1巷道围岩支护设计与试验方案

6.2巷道围岩稳定性控制效果分析

6.3本章小结…

第7章主要研究结论…

参考文献…

第1章绪论

复合顶板采动巷道围岩控制问题一直是国内外巷道支护的难题。本章简要地回顾和分析了塑性区理论、围岩控制理论及技术的适用性，并且结合山西南山煤矿采动巷道的变形破坏特征、冒顶事故和帮部大变形，将复合顶板采动巷道塑性区隔层扩展分布特征与巷道冒顶高度、冒顶形态之间的内在关联以及巷道帮部大变形机理作为本书阐述的重点；同时，对复合顶板采动巷道围岩塑性区分布、复合顶板采动巷道围岩破坏机理、复合顶板采动巷道围岩控制技术等方面的相关研究现状进行了简要的阐明和论述。

1.1问题的提出

煤炭是我国的主体能源和重要的工业原料，并且在我国一次能源生产和消费结构中的占比一直保持在50%以上，为国民经济和社会长期平稳较快发展提供了可靠的能源保障，也做出了历史性贡献[15]。

我国境内95%的煤矿是井工煤矿，其主要特点如下：作业环境差，劳动强度大，地质条件复杂，经常受到顶板、瓦斯、矿尘、水、火等灾害的威胁；井下生产是多工种、多方位、多系统交叉作业，生产工艺复杂；安全装备水平低、员工素质不高等。上述这些不安全因素，在一定条件下就有可能引发煤矿事故。顶板事故是煤矿常见五大灾害之一，是指在地下采煤过程中，由于顶板意外垮落造成的人员伤亡，设备损坏、生产中止等事故。在实行综采之前，顶板事故在煤矿事故中占有很高的比例。随着液压支架的使用及对顶板事故的研究和预防技术的深入，尽管顶板事故所占比例有所下降，但仍然是煤矿的主要灾害之一（68]。其中，复合顶板采动巷道围岩控制一直是制约煤矿安全开采的一个重要因素。

在我国煤矿每年新掘巷道中，复合顶板巷道所占比例近2/3。复合顶板是指位于开采煤层之上，由1层以上薄层状软弱岩石互层组成，一般含有1层及以上煤线，局部含较薄硬岩层，层间黏结力低，弱面发育，总体呈层状松散结构，巷道开挖后易于离层垮落的顶板。复合顶板巷道由于采掘过程中围岩变形量大、顶板垮冒突发性强、支护难度大等复杂条件成为煤矿现场亟待解决的问题之一。随着复合顶板巷道也越来越常见，其围岩稳定性控制问题也会更加突出，如何有效地分辨复合顶板类型并采取行之有效的支护手段，对于矿井的安全高效开采有着十分重要的意义[9-11]。

近年来，随着理论与技术的不断革新以及我国对煤炭资源需求的增长，矿井工作面也逐步形成了多次采动、大采出空间、快速推进等高强度开采特点[2-13]。采动巷道受载条件复杂，不但受原岩应力的作用，而且还受到邻近工作面开采以及本工作面开采形成的采动影响，围岩应力集中现象十分严重。此时，巷道围岩塑性区为蝶形塑性区，矿压显现通常表现为冒顶、底鼓以及帮部大变形等现象，如图1-1所示。

本书以山西南山煤矿采动巷道为工程背景，进行了巷道围岩破坏形态和控制方法方面的研究。该矿巷道顶板主要为粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩、细砂岩，其破坏后的力学行为表现出典型的复合顶板特征。在工作面回采过程中，由于受到剧烈采动影响，巷道围岩非对称变形明显，帮部支护失效，顶板冒顶隐患大等问题较为严重。南山煤矿2303回风平巷顶板表面看似完整性较好，但在工作面回采过程中出现过一次冒顶事故，事故发生前没有明显征兆，造成工作面停工停产，带来了较大的经济损失。

依据巷道围岩蝶形塑性区理论，在厘清复合顶板采动巷道塑性区隔层扩展分布特征与巷道冒顶高度、冒顶形态之间的内在关联的同时，应掌握巷道帮部大变形机理，提出具有针对性的围岩控制措施，尽可能遏制围岩大变……

本书内容：采动巷道复合顶板普遍变形剧烈、支护体失效严重，冒顶事故时有发生。针对此类问题，本书以南山矿采动巷道为工程背景，揭示了巷道顶板各分层岩体强度、位置、厚度等岩体结构与应力环境对围岩塑性区隔层扩展分布的影响规律，阐明了塑性区隔层扩展分布特征与巷道冒顶高度、冒顶形态之间的内在关联，提出了基于复合顶板破裂形态特征的顶板控制方法与帮部大变形支护技术。