薄层复合顶板爆破损伤失稳机理及控制技术

薄层复合顶板巷道爆破掘进时,火乍药爆炸产生的冲击力将煤体破碎同时,必然对巷道顶板造成较严重的损伤甚至是破坏。因此,研究爆破掘进对薄层复合顶板的损伤过程,对于其稳定性控制及巷道支护具有重要的指导意义。以东荣二矿中一上采区17煤薄层复合顶板为研究对象,综合采用理论分析、数值模拟分析、现场实测及试验等研究方法对薄层复合顶板爆破损伤失稳机理及其稳定性控制技术展开系统的研究。主要结论:(1)在爆炸荷载作用下,层理岩体损伤破坏具有明显的方向性,应力波与结构面的相互作用是层理岩体破碎及裂隙发育的主要因素。在掘进工作面前方支承压力作用下,薄层复合顶板易出现应力集中,爆炸应力波促使应力集中处的弱面及裂隙进一步发育,在应力重分布及围岩压力剪切作用下顶板易发生损伤断裂失稳。(2)爆破开挖时,重力及侧压力对顶板应力影响显著。随着侧压系数增加使得顶板压应力增加,拉应力减小;工作面前方、后方顶板振速减小,工作面上方顶板振速增加。(3)随着药量增加,爆源近区顶板压力及振速增加较小,而爆源中、远区压力及振速增加较大。相同厚度的顶板,层数越多对爆炸应力波的削弱作用就越强。(4)爆破振动及声速测试表明,巷道两帮测点与模拟点的振速在整体上有很好的一致性。分析表明顶板损伤范围在0~3.6m之间,在0.6m和2.4m处发生离层的可能性最大。(5)针对东荣二矿中一上采区的薄层复合顶板,采用锚杆、钢带、喷浆联合支护技术能大大提高顶板的稳定性。薄层复合顶板巷道采用爆破方式掘进时要正确估算地应力的大小,采用合理的爆破参数及支护方式能够有效控制爆破对顶板造成的损伤破坏,对于薄层复合顶板的安全稳定有着重要的意义。