層狀結(jié)構(gòu)

層狀結(jié)構(gòu)頂板示意圖見圖2.6所示。層狀結(jié)構(gòu)頂板受兩組結(jié)構(gòu)面切割而形成，但層理面是主要控制結(jié)構(gòu)面，節(jié)理面發(fā)育較少，不是主要結(jié)構(gòu)面。層狀結(jié)構(gòu)巖體是構(gòu)造較為簡單的正常沉積巖，巖層產(chǎn)狀可以是水平的，也可以是傾斜的，可以由單一巖性組成，也可由不同巖性互層或夾層組合而成。層面常有層間錯動，層面連接力較弱。該類頂板大量存在，是一種主要的煤巷頂板結(jié)構(gòu)類型。層狀結(jié)構(gòu)頂板穩(wěn)定性較好，自穩(wěn)時間十幾小時到幾天。其破壞多為頂板彎曲下沉和產(chǎn)生離層，當(dāng)下沉量較大時，分層出現(xiàn)折斷破壞。2.2.5.1　層狀結(jié)構(gòu)進一步劃分層理面間距即頂板分層厚度是影響頂板力學(xué)性質(zhì)的主要因素之一，根據(jù)分層厚度構(gòu)成可對層狀結(jié)構(gòu)做進一步劃分。首先定義巖層厚度如下：厚層——分層厚度h≥0.4m。中厚層——分層厚度0.2m≤h＜0.4m。薄層——分層厚度h＜0.2m。在層狀結(jié)構(gòu)頂板中，當(dāng)分層厚度不同，其中某一分層為厚層，其他分層為中厚或薄層時，該厚分層對頂板穩(wěn)定性影響較大，是關(guān)鍵層位，此類結(jié)構(gòu)定義為不等厚分層層狀結(jié)構(gòu)，如上置厚分層結(jié)構(gòu)即是此類頂板（見下述）；若分層厚度接近，則稱為等厚分層層狀結(jié)構(gòu)。在等厚分層層狀結(jié)構(gòu)中，根據(jù)分層的平均厚度可細(xì)分為厚分層、中厚分層及薄分層層狀結(jié)構(gòu)，其平均厚度為0.4m以上（含0.4m）、0.4～0.2m（含0.2m）、0.2m以下。在上述結(jié)構(gòu)類型劃分時，以巷道掘進跨度之半深度范圍內(nèi)頂板巖層為主要對象，并適當(dāng)考慮該范圍以上巖層情況。圖2.6　層狀結(jié)構(gòu)頂板示意圖2.2.5.2　工程實例在峰峰礦務(wù)局對多條巷道的頂板結(jié)構(gòu)開展了研究，獲得了頂板巖芯構(gòu)成資料，見圖2.7～圖2.13所示。1.九龍礦152下07工作面回風(fēng)巷頂板該巷道頂板表面處0～0.6m范圍內(nèi)存在一堅硬巖層，見圖2.7。室內(nèi)試驗測得單周抗壓強度86.1MPa，強度較高，在現(xiàn)場施工時，用錨桿鉆機并配備硬質(zhì)鉆頭鉆眼時極為困難，使用風(fēng)動鑿巖機打眼，也表明該層強度極高。該層近表面處（0～0.18m）巖心分層極薄，小于5cm，但0.18～0.48m段巖心較厚，達(dá)到0.30m，屬于中厚分層。該層的存在對于選擇錨桿間排距影響較大。該層以上是砂質(zhì)泥巖，多數(shù)分層厚度達(dá)0.20～0.30m之間，厚度接近，平均厚度為0.27m。因此該巷道頂板屬于中厚分層層狀結(jié)構(gòu)。對九龍礦進行的巷道穩(wěn)定性調(diào)查表明，臨近巷道礦壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)在兩幫內(nèi)移量較大，頂板下沉量較小，比較穩(wěn)定。這與頂板屬于中厚分層層狀結(jié)構(gòu)相一致。2.九龍礦南二采取聯(lián)絡(luò)巷頂板由圖2.8可見，該巷道頂板巖心構(gòu)成特點是近表面處相對較完整，巖心長度在0.15～0.30m之間，平均為0.18m；其上部巖心較短，多數(shù)巖心長度在0.05～0.08m之間，平均為0.07m，因此該頂板屬于薄分層層狀結(jié)構(gòu)。由于近頂板表面處巖層較完整，選擇錨桿間排距應(yīng)對此給予充分考慮。對該地區(qū)巷道進行的穩(wěn)定性調(diào)查表明，巷道頂板下沉量較大，易出現(xiàn)離層，穩(wěn)定性差，開挖后如不及時支護易出現(xiàn)冒頂，這與頂板屬薄分層層狀結(jié)構(gòu)相一致。圖2.7　龍礦152下07工作面回風(fēng)巷頂板巖心圖（注：σc、σt為單軸抗壓強度和抗拉強度；標(biāo)尺長度單位：cm，強度單位：MPa）圖2.8　九龍礦南二采區(qū)聯(lián)絡(luò)巷頂板巖心圖（注：①σc、σt為單軸抗壓強度和抗拉強度；②標(biāo)尺長度單位：cm，強度單位：MPa）3.九龍礦15208工作面聯(lián)絡(luò)巷頂板由圖2.9可見，該頂板巖心有兩段較長，1號巖心長度為0.30m,2號巖心為0.21m，屬于中厚層。其余巖心總長度為1.41m，由17段組成，平均長度0.083m;1.9m以下全部巖心平均長度為0.10m，因此劃分為薄分層層狀結(jié)構(gòu)。在1.2～1.9m之間的巖性為粉砂巖，其強度是淺部砂質(zhì)泥巖的近2倍，強度差別較大，因此該層穩(wěn)定性較好。從巷道穩(wěn)定性實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該巷道頂板易冒落，穩(wěn)定性差，冒落高度1.2～1.3m，至該層粉砂巖為止。在錨桿參數(shù)設(shè)計時應(yīng)以此為依據(jù)進行計算。圖2.9　九龍礦15208工作面聯(lián)絡(luò)巷頂板巖心圖（注：①σc、σt為單軸抗壓強度和抗拉強度；②標(biāo)尺長度單位：cm，強度單位：MPa）4.羊渠河礦8228工作面回風(fēng)巷由圖2.10可見該巷道頂板巖心長度均較短，1.4m以內(nèi)巖心長度范圍為0.08～0.13m，平均為0.12m，屬于薄層；1.4m以上巖心有三段較長，為0.25m左右，屬于中厚層。巖心總平均長度為0.13m，屬于薄分層層狀結(jié)構(gòu)。對該地區(qū)巷道進行穩(wěn)定性調(diào)查表明，頂板巖石破碎、變形量大、易冒落。為此在施工巷道時，每個循環(huán)進尺0.7m左右，說明該巷道穩(wěn)定性差，這與薄分層層狀結(jié)構(gòu)相吻合。5.二礦20211工作面運輸巷頂板由圖2.11可見，0.6m以內(nèi)頂板為頁巖，分層極薄，其上部為0.20m厚的煤線。因此該部分頂板應(yīng)屬于偽頂，穩(wěn)定性極差。0.9～1.9m內(nèi)頂板巖心長度差別較大：中部的巖心長度在0.05m左右，兩端巖心長度0.15～0.25m之間，兩端巖心平均長度為0.18m，因此應(yīng)劃分為薄分層層狀結(jié)構(gòu)。1.4～1.9m處巖心較完整，穩(wěn)定性較好，在選擇錨桿支護載荷時應(yīng)以此為依據(jù)進行選取。圖2.10　羊渠河礦8228工作面運輸巷頂板巖心圖（注：①σc、σt為單軸抗壓強度和抗拉強度；②標(biāo)尺長度單位：cm，強度單位：MPa）對該地區(qū)巷道進行穩(wěn)定性調(diào)查表明，該巷道整體穩(wěn)定性差，頂板下沉量大，易冒頂，兩幫內(nèi)移量較大，這與薄分層層狀結(jié)構(gòu)相吻合。6.黃砂礦11288工作面切眼頂板由圖2.12可見，北大巷頂板4.1m以內(nèi)為砂質(zhì)頁巖，其上為粉砂巖。砂質(zhì)頁巖強度較低，單軸抗壓強度為37.0MPa，粉砂巖單軸抗壓強度為51.6MPa。砂質(zhì)頁巖分層較薄，巖心長度較短，2m以內(nèi)巖心長度平均為7.1cm。2m以內(nèi)有4段巖心相對較長，長度在17～20cm之間，平均18.5cm，因此該頂板屬于薄分層層狀結(jié)構(gòu)。對該巷道的工字鋼支護段進行的實地考察表明，巷道頂板破碎，易出現(xiàn)下沉變形及冒頂破壞，巷道穩(wěn)定性差，這與該巷道頂板屬薄分層層狀結(jié)構(gòu)相一致。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。