Question

　地质条件

Answer 1

13272工作面位于万年矿－240水平南翼采区上部，北侧以F10断层为界，南侧紧临村庄保护煤柱，东、西两侧未采掘。工作面走向长450m，倾斜长70～140m，平均115m,总掘进煤巷长度为1350m。煤层平均倾角为16°，煤厚3.6～5.0m，平均4.0m。地面标高＋285～306m，煤层底板标高－160～－200m，埋深420～500m。地层呈一单斜构造，其走向SN—N20°W，倾角在8°～23°之间。试验巷道位于13272工作面运输巷，直接顶为厚度6.0m左右的粉砂岩，单轴抗压强度为41MPa，老顶为厚度8.0m的中粒砂岩，单轴抗压强度为55MPa，直接底为6.0m厚的粉砂岩，单轴抗压强度为45.3MPa。

9.4.1.1　顶板

顶板层面极为发育，根据冒落剖面看层面间距一般小于100mm；节理面密集发育，主要发育2组节理，1组与巷道走向接近，1组与巷道走向大角度相交。节理面为闭合接触，巷道顶板表面处节理面极为光滑，呈银灰色，在节理面倾角较小时，易沿节理面发生滑动。

顶板破坏型式为冒落，冒落高度为2～3m，自稳时间为数小时。在工字钢支护段顶梁被压弯，挠度达150mm以上，个别顶梁出现扭转破坏。顶板冒落呈拱形，冒落岩石多呈块状，少量为柱状，极少有板状岩块和巨石。块状岩石边长多在100mm左右，柱状岩石长边约200～300mm，短边长度在100～150mm左右，从顶板内层理、节理发育情况和冒落后岩石形状可见，顶板为碎裂结构岩体。

工字钢棚式支护时顶板冒落破坏的原因：一是巷道断面形状与顶板岩体结构类型不匹配，碎裂结构顶板在自重型应力场作用下的稳定形状为拱形，见图9.3，当巷道开挖成矩形时，顶板表面为平面，在不施加支护或支护不当时，必然要冒落成一拱形而稳定下来；二是采用工字钢支架维护巷道时，顶梁与顶板间总是存在空隙的，这为巷道顶板冒落成拱形提供了外部条件，同时工字钢支架属“外部”支护，不能改善顶板内部结构面的性质，如层面、节理面的抗拉抗剪性能等，顶板性质未能得到改善。9.4.1.2煤帮及掌子面煤体

两帮煤体较硬，普氏系数在2以上。煤体层理、节理极为发育，掘进放炮崩落煤体为渣状，块度较小。两帮煤体出现了板裂化现象，板厚80～100mm。迎头煤体也出现了板裂化现象，形成与自由面平行的裂纹。

巷道开挖后，两帮及迎头煤体承受二次应力作用，煤体浅处形成与自由面平行的细小裂纹，该裂纹不断扩展最终形成一组与自由面平行的巨型裂纹，将煤体分割成为一组平行板，由于板比较薄易发生折断破坏，引起煤体片帮，形成过程见图9.18所示。

图9.18　煤体板裂化

板裂化现象产生的主要条件之一是煤体应力状态，理论研究表明，只有当煤体承受的竖直方向应力较高时才能形成板裂化现象。由于迎头和两帮相互垂直，两者同时形成板裂结构，表明该地区地应力场为自重型应力场，即以竖直方向地应力为主，但也不排除构造应力的影响。