面顶板管理

面顶板管理（通用3篇）

面顶板管理 篇1

0 引言

综放面顶板运动对初采期的瓦斯涌出规律有直接的影响, 要想掌握初采期综放面的瓦斯涌出规律, 就要预测顶板运移破断规律[1]。综放面顶板移动过程的未知性和复杂性给采场顶板运移规律的研究带来了困难, 为了全面掌握覆岩运移、破断的规律, 本文使用UDEC岩石力学数值分析软件, 并结合松河煤矿15109综放工作面的地质条件, 进一步对顶板的运移规律进行数值分析。

1 矿井概况

贵州松河煤业发展有限责任公司下的松河矿井位于贵州省盘县北部的土城向斜北翼中段, 分属松河乡、淤泥乡管辖, 为新建矿井, 设计生产能力为240万t/a。15109综放面煤层总体为一单斜构造, 局部波状起伏。煤层倾角最大18°、最小5°, 一般12°左右。

2 数值模型的建立

本次采用UDEC3.1软件进行数值模拟, 根据松河矿15109综放面柱状图和相关地质资料, 设置二维平面应变模型, 设置模型尺寸为200m×70m, 模拟采深440m, 如图一所示。

模型上边界使用应力边界条件, 模型的上表面按采场上覆岩层的自重考虑 (370m) 施加均匀的垂直压应力9.25Mpa。模型的底边界、左边界、右边界采用零位移边界条件, 约束条件如下:

(1) 模型的左右边界为水平位移约束边界, 取Ux=0, Vx=0 (即水平方向速度矢量和位移均为零) , 即模型的左右两边均为单约束。

(2) 模型的下边界在水平与垂直方向均固定, 即Ux=0, Vx=0, Uy=0, Vy=0, 即模型的下边界是全约束边界。

(3) 模型上边界为自由边界, 模型上边界以上覆岩自重以外载荷的形式作用在上边界上。

建模过程中, 块体的本构模型采用莫尔—库仑模型, 节理的本构关系选为面接触的库伦滑移模型, 该模型可以模拟岩石中的节理、断层、层理等[2,3,4,5]。

3 数值模拟结果分析

本模型模拟采场是沿工作面前进方向的地下开挖问题, 考虑到消除边界效应, 在左边留置了60m的保护煤柱后, 对模型进行连续开挖。根据不同推进距离设计模拟方案, 对上覆岩层运移变形进行一次模拟, 对直接顶初次垮落步距、基本顶初次来压及周期来压步距进行预测[6]。工作面推进过程中顶板垮落情况如图二至图七所示。

由工作面推进模拟过程可知, 工作面推进到4m左右时, 直接顶岩层呈“拱”形冒落;工作面推进到14m左右时, 直接顶全部垮落, 松散堆积充填采空区, 采动裂隙向上发展, 导致老顶岩层弯曲下沉与上覆岩层之间形成少量离层裂隙[7];工作面继续推进过程中, 老顶悬露面积不断增大, 老顶与上覆岩层之间的离层量进一步扩大;到19m左右时, 老顶岩层弯矩达到极限抗弯强度而断裂, 老顶初次来压, 老顶断裂后形成稳定的砌体梁结构。随着工作面的继续推进, 直接顶垮落煤岩层起到支撑顶板、缓解工作面压力的作用, 工作面推进到24m左右时, 工作面后方破断老顶少量弯曲下沉, 压在采空区垮落直接顶之上, 煤壁侧老顶破断岩梁回转下沉, 两侧煤壁承受压力增大, 变形量增大, 导气裂隙不断向上发展, 上覆岩层整体弯曲下沉;工作面推进到29m左右时, 煤壁上方老顶破断岩块达到极限抗剪强度, 从上方破断, 老顶发生第一次周期来压, 采空区充填的直接顶破断煤岩块逐渐被压实[3];工作面继续推进, 后方采空区被压实, 离层区向前方移动, 采空区后方离层区域逐渐重新被压实, 老顶上方岩层出现明显的下沉变形, 到39m左右时, 煤壁上方岩块破断, 老顶发生第二次周期来压。基本顶初次断裂后, 工作面继续推进, 老顶岩梁形成的结构将经历稳定—失稳—再稳定的变化, 该现象将不断重复, 进而形成周期来压[8]。

4 结束语

综合以上分析可知:15109综放面老顶初次来压步距为19m左右, 周期来步距为10m左右, 直接顶垮落步距在4m左右。准确判断基本顶来压步距对于研究初采期瓦斯涌出规律有着非常重要的作用。但是数值模拟的结果只有与现场实际观测数值相结合[9], 才能更好地用于指导生产, 本研究还有待与现场实测数值接合以便更好地服务于实际生产。

参考文献

[1]杨帅, 赵磊.基于SPSS的瓦斯赋存规律研究[J].科技广场, 2014, 157 (12) :247-250.

[2]赵帅, 付茂政, 代华明.高强度开采工作面瓦斯涌出规律及防治技术研究[J].中国煤炭, 2012, 38 (10) :81-86.

[3]马占国, 缪协兴.超长综放面矿压显现规律的研究[J].矿山压力与顶板管理, 2000, (04) :13-14.

[4]崔树江.综放工作面矿压显现与瓦斯涌出关系研究[J].煤, 2010, 19 (07) :11-12, 19.

[5]许家林, 钱鸣高, 金宏伟.岩层移动离层演化规律及其应用研究[J].岩土工程学报, 2004, 26 (05) :632-636.

[6]井欢庆.受动压影响的顶板巷道底鼓机理与控制技术研究[D].淮南:安徽理工大学, 2011.

[7]高明中, 韩磊, 高新亚.巷道组过断层围岩控制技术研究[J].安徽理工大学学报 (自然科学版) , 2010, 30 (03) :17-22.

[8]范文胜.超长工作面综采放顶煤开采矿压显现规律的研究[D].内蒙古:内蒙古科技大学, 2010.

[9]李红选.大佛寺矿矿压分析及数值模拟[J].科技创新导报, 2011, (31) :61, 63.

面顶板管理 篇2

（裂缝、蜂窝麻面）

一，概况：

1.设计概况：地下室的抗震等级为二级；防水等级为二级。外围护墙为C35防水密实性砼，抗渗等级为S8，墙厚为350mm，墙的竖向配筋①￠14＠100，②￠22＠100；墙体水平配筋③￠14＠150，④￠14＠150；地下室墙板两片钢筋网间设￠6＠400拉结筋，外墙迎水面的保护层厚度为50mm。顶板为C35防水密实性砼，抗渗等级为S8，板厚为180mm、250mm，板顶通长筋骨￠14＠200双向布置，板底通长筋￠12＠150双向布置；顶部支座附加筋￠12＠200，顶部支座附加筋￠16＠200，顶部支座附加筋￠18＠200，保护层厚度为20mm。

2.天气情况：19区地下室柱、剪力墙施工于2011年6月22日17时至2011年6月22日20时许混凝土标号为C35P8,施工期间天气为阴天，最低温度29度，最高温度35度

东北风1-2级

相对湿度低于40％-70％；19区顶板施工于2011年07月12日13时至2011年07月13日20时许混凝土标号为C35P8,施工期间天气为阴天，最低温度27度，最高温度37度

东北风2-3级

相对湿度低于50％-80％。10区剪力墙施工于2011年07月27日 17时至07 月27 日22时许混凝土标号为C40,施工期间天气为晴天，最低温度28度，最高温度38度

东北风2-3级

相对湿度低于50％-75％；10区顶板施工于

2011年08月04日15时至2011年08月06日04时许混凝土标号为C40,施工期间天气为阴天，最低温度26度，最高温度35度

微风2-3级

相对湿度低于60％-80％。1区剪力墙施工于2011年07月31日 18时至07 月31 日21 时1区施工于2011年08月10日18时至2011年08月12日05时许混凝土标号为C35P8,施工期间天气为多云，最低温度25度，最高温度33度

北风1-3级

相对湿度低于50％-70％。4区剪力墙施工于2011年08月19日 17时至08月19日20时许混凝土标号为C40,施工期间天气为多云，最低温度26度，最高温度33度

东北风3-5级

相对湿度低于50％-85％；4区施工于2011年09月8日18时至2011年09月10日11时许混凝土标号为C35P8,施工期间天气为多云，最低温度24度，最高温度35度

东北风2-3级

相对湿度低于60％-70％。3.养护方式：先行浇捣达到终凝开始对板面进行了浇水养护，保持板面湿润状态，采用土工布铺贴板面保水及做边岸蓄水养护。养护时间每区的养护周期为14天。4.施工工艺：

（1）根据设计要求通知商品混凝土公司准备砼。

（2）泵送混凝土前，先把储料斗内清水从管道泵出，达到湿润和清洁管道的目的，然后向料斗内加入与混凝土配比相同的水泥砂浆（或1：2水泥砂浆），润滑管道后即可开始泵送混凝土。

（3）混凝土泵送从低到高，从南至北连续作业，并对运送至工地现场商品混凝土抽取做坍落度测试。

（4）按照施工要求振捣砼。先用振动棒振捣砼，不超过2小时内拉动振动板振动板面使板面砼密实。

（5）混凝土快要初凝时对板面进行收面并进行清光及拉毛处理板面。

5.强度：地下室顶板梁板砼标养试块经见证取样及见证送检，送厦门检测中心检测强度19区：41.0Mpa、40.8Mpa、41.0Mpa、40.6Mpa、40.5Mpa、41.2Mpa、41.0Mpa、40.4Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11112514G、XCK11112593、XCK11112701G）；10区：44.6Mpa、43.6Mpa、43.8Mpa、41.1Mpa、40.8Mpa、44.4Mpa、41.7Mpa、46.8Mpa、43.4Mpa、41.4Mpa、43.7Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11114432、XCK1111444G、XCK11114597）；1区：44.2Mpa、43.1Mpa、43.6Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11115138）；地下室顶板砼同条件试块经见证取样及见证送检，送厦门检测中心检测达到强度19区：41.2Mpa、41.6Mpa、41.1Mpa、41.1Mpa、41.6Mpa、41.6Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11112637、XCK11112648）；10区：47.2Mpa、50.6Mpa、51.2Mpa、51.6Mpa、52.0Mpa、51.3Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11114565、XCK11114566）；1区：45.4Mpa、49.4Mpa、51.4Mpa、53.5Mpa、45.1Mpa、49.2Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11115181、XCK11115182）；4区：62.7Mpa、65.3Mpa、50Mpa、49.8Mpa、54.1Mpa、44.7Mpa（详见福建省建筑工程质量检测中心有限公司报告编号：XCK11118542、XCK11118543）。于2011年9月24日我司对地下室顶板梁板进行现场随机抽点，对板面进行回弹法检测砼强度，检测结果均达到设计C35标准值35.0MP均符合达到设计的强度要求。6.缺陷落情况

1）、板面的裂缝：共有19条，最长为76cm； 最短为20cm，裂缝的宽度为0.1~0.2mm，呈不规则分布，板面出现细裂缝多处，各别出现贯通裂纹，梁未出现裂缝。剪墙面的裂缝共有13条，最长为260mm~1560mm； 最短为20cm，裂缝的宽度为0.1~0.2mm。剪力墙的裂缝在跨度方向1/3处、1/2处的墙高的中部，梁柱处无出现裂缝。

2）、砼外观感质量缺陷：柱墙、梁板及梁柱接头出现蜂窝及麻面，部份有露筋现象；最大面为0.01m2。施工缝处砼结合不好,有缝隙或夹有杂物,梁、板、柱、墙及洞口直角处,砼局部掉落,不规整,棱角有缺陷，表面不平整,柱、墙、梁等砼外形竖向偏差、表面平整超过允许偏差值。

二、原因初步分析：

1、裂缝：由于采用泵送商品砼，砼水灰比过大，砼的水化热造成干缩裂缝。砼表面收浆过早或不及时不到位。经相关单位（设计、业主、监理，我司）现场分析，判定为非结构性裂缝。

2、砼外观感质量缺陷：砼坍落度过小；节点的钢筋截面过密，摆放不合理，保护层无垫设到位；砼工人振捣不到位。模板的板缝过大，拼缝不严密，从而产生漏浆。经相关单位（设计、业主、监理，我司）现场分析，判定不影响结构。

三、处理方案。

1、裂缝处理：

1）对板面进行闭水试验，准确对裂缝位置进行标记并在图纸上标记具体位置和分布情况。

2）对板面细小的龟裂纹采用板底用环氧胶泥批腻，加铺玻纤布。3）局部通长、缝较宽的在裂缝处开V形槽，向其内注入结构胶，在板底用环氧胶泥批腻，加铺玻纤布。

2、砼外观感质量缺陷处理：

1）对于数量较少的蜂窝、麻面、露筋的混凝土表面，可用1：2.5水泥砂浆抹面处理，在处理前用钢丝刷刷净浮灰并用水冲洗干净，润湿后直接抹水泥砂浆。

2）

当蜂窝和露筋严重时，应凿除其不实的浮动石子，用水冲洗

干净充分润湿后，先刷一道素水泥浆，再用比原混凝土强度高一等级的细石混凝土堵塞捣实。

3）

当混凝土结构构件出现孔洞时，先剔凿掉其附近的不密实混凝土或裸露的石子，用水冲洗干净保持湿润72小时以后喷涂一道素水泥浆，用比原混凝土等级高一等级的细石混凝土堵塞捣实。控制好混凝土的水灰比，一般不大于0.5并掺一定数量的铝粉作为膨胀剂，为防孔洞顶部在填塞混凝土时形成死角，支模时在孔洞上部要形成一定的斜角，以保证混凝土的充盈，脱模后凿除多余的混凝土。

四、施工实施方案：

1.项目部组织专门的人员进行施工确保质量。2.针对不同的裂缝选用不同的施工方案的进行处理。3.处理完毕后再做闭水试验查漏补缺。4.跟踪后期裂缝的发展情况。

5.针对不同的砼缺陷部位选用不同的施工方案的进行处理。6.认真对已施工的砼进行全面的排查，修补到位。

五、针对后续施工的预防措施：

1.对施工现场混凝土坍落度的抽检的次数严格控制，保证砼水灰比不易过大。

2..对后期施工的砼进行过程加大跟踪力度，并组织砼施工班组进行针对性的技术交底及岗前学习。

3.浇捣过程中定期对前面浇捣的砼进行巡视，由专人对砼振捣工进行跟进，发现问题立即向监理单位及建设单位反映情况处理问题 4.严格控制施工工艺，确保砼浇捣的质量。5.对商品砼质量严格把关，把问题在源头就处理。6..对浇捣的砼施工后进行及时的养护，防止裂缝发生。

福建省麒麟建设工程集团有限公司

面顶板管理 篇3

目前, 对回采工作面支承压力分布规律的研究方法主要有理论计算、数值模拟和现场实测等。由于理论计算过程中选取煤岩体力学参数与实际的差异较大, 造成理论计算与实际值不符, 从而限制了理论计算法在回采工作面支承压力分布规律研究方面的应用。采用现场实测和数值模拟相结合的方法是研究回采工作面支承压力分布规律最为可靠的方法[1,2]。目前, 对中厚煤层工作面、孤岛工作面、超长工作面支承压力分布规律的研究较多, 而对软厚泥岩顶板工作面侧向支承压力分布规律的研究较少。研究认为:一般工作面的超前支承压力峰值位置距煤壁4~8 m, 侧向支承压力峰值位置距煤壁10~15 m。软厚泥岩顶板工作面支承压力分布规律与一般工作面相比存在较大的差异。因此, 深入研究软厚泥岩顶板工作面支承压力分布规律, 对区段煤柱宽度的确定、煤炭资源的回收率和动力灾害事故的预防等具有重大意义[3,4,5]。以某矿W3212工作面为工程背景, 采用现场实测和数值模拟相结合的方法, 研究了软厚泥岩顶板工作面支承压力分布规律, 以期为邻近工作面沿空掘巷窄煤柱的合理留设与围岩支护设计提供指导。

1 工程概况

某矿32煤层倾角为12°~18°, 平均15°, 工作面机巷长2 036 m, 标高-610~-570 m;风巷长2 156 m, 标高-570~-490 m;开切眼斜长235 m, 平距232 m。工作面内煤层赋存情况较为复杂, 煤层在工作面北部较厚, 南部较薄, 结构复杂, 含2层夹矸;32煤为黑色~黑褐色, 弱玻璃光泽, 粉末状~碎块状, 部分发亮, 半亮型镜煤;32煤层的顶底板情况如表1所示。

2 实测工作面侧向支承压力分布规律

工作面侧向支承压力观测站布置如图1所示。利用KSE-II-1型钻孔应力计反映工作面侧向支承压力大小的变化, 通过KSE-Ⅲ型钢弦压力记录仪、采集仪储存、搜集数据。钻孔应力计布置在W3212工作面回风平巷实体煤侧, 通过在不同深度埋设测点, 观测工作面侧向压力分布规律。

由图1可知, 在W3212回风平巷实体煤侧共布置16个钻孔应力计观测站, 深度在2.0~26.0 m之间。通过在现场100多天的连续观测, 分析得出了W3212工作面侧向支承压力分布规律为: (1) W3212工作面侧向支承压力分布大致呈双峰曲线, 其中应力增高峰值在距离巷帮深处10.0 m, 随着工作面的推进, 侧向支承压力曲线的形状没发生大的变化, 只是应力增量逐渐增大。 (2) 支承压力峰值位置及应力增高区。侧向支承压力增量最大位置出现在4.0 m钻孔处, 增量达6.23 MPa, 且较3.0 m钻孔和5.0 m钻孔增加明显;分析认为4.0 m为侧向支承压力增高区的起始点。5.0 m和7.0 m处液压油泵施加的初始应力值分别为3.86 MPa和3.78 MPa, 而仪器要求初始应力值在4.0~6.0 MPa之间, 且这两点钻孔应力计应力增量均小于其前后钻孔应力计增量;分析认为5~7 m作为侧向支承压力增高区的一部分。6.0 m、8.0 m和10.0 m处钻孔液压油泵施加的初始应力值分别为4.81 MPa、4.34 MPa和4.43 MPa, 大小基本一致, 且应力增高趋势也基本一致;工作面推进至0~10 m时, 6.0 m、8.0 m和10.0 m处钻孔液压油泵应力增量达到最大值, 分别为9.12 MPa、8.32 MPa和8.82 MPa, 应力集中系数分别为1.90, 1.92, 1.99, 均值为1.94;分析认为侧向支承压力在钻孔深处10.0 m达到最大值, 6.0~10.0 m范围岩体作为侧向支承压力增高区的一部分。12.0 m、14.0 m和16.0 m处钻孔液压油泵施加的初始应力值分别为5.16 MPa、5.22 MPa和4.07 MPa, 这3点钻孔应力增量较10.0 m点明显减小, 但均比3.0 m点大;分析认为12.0~16.0 m范围岩体作为侧向支承压力增高区的一部分。综上所述, 4.0~16.0 m为侧向支承压力增高区, 且10.0 m位置处达到侧向支承压力峰值。 (3) 原岩应力区。对17.5 m、20.0 m、23.0 m和25.5 m钻孔应力计数据进行分析:这4点钻孔液压油泵施加的初始应力值分别为2.87 MPa、6.57 MPa、7.33 MPa和4.32 MPa, 且这4点应力增量差别较大, 其中20.0 m和23.0 m钻孔应力增量约为17.5 m钻孔的8倍, 而25.5 m钻孔应力增量基本恢复至3.0 m钻孔水平。综合分析认为17.5~25.5 m钻孔范围岩体已进入原岩应力区。

根据以上分析, W3212工作面回采期间侧向支承压力分布大致规律为侧向支承压力在钻孔深处10 m时达到最大值, 随着距离煤壁的增加侧向支承压力递减后逐步稳定, 趋于原岩应力数值, 如图2所示。

3 模拟工作面侧向支承压力分布规律

W3212工作面回采过程中, 采空区侧向煤岩体中应力将发生变化, 由于采场结构、采深、开采工艺、煤层厚度、煤体、直接顶及老顶岩层力学性质、赋存位置等存在差异, 导致工作面侧向支承压力分布规律的差异, 即在W3212工作面采空区侧向煤岩体中不同层面上的垂直应力分布是不同的, 所以采用UDEC4.0离散元程序对W3212工作面回采巷道巷帮煤体内的侧向支承压力分布规律进行了数值模拟计算分析。

W3212工作面回采时, 不同岩层侧向支承压力的分布规律如图3所示, 其分布规律与现场实测侧向支承压力分布规律及发展变化趋势基本吻合。工作面回采巷道巷帮内侧向支承压力峰值达到34.3 MPa, 应力集中系数为2.28。

由图3分析可知, W3212工作面回采期间不同岩层侧向支承压力分布规律为: (1) 直接顶与煤体侧向支承压力分布规律相似, 煤体侧向支承压力峰值比直接顶应力峰值稍大, 峰值大约在11 m深位置处, 直接顶峰值位置略深一点, 大约在13 m深位置处, 在靠近采空区一定的范围内, 煤层内存在低应力区。 (2) 老顶岩层中支承压力相对较低, 应力集中程度较小, 表明其分布载荷并不大, 其应力集中的峰值点在煤体、直接顶应力峰值点之外, 大约在距离巷帮18 m位置处。

4 结论

采用钻孔应力计在某矿32煤层W3212工作面进行现场实测研究, 结果表明:软厚泥岩顶板工作面侧向支承压力分布大致呈双峰曲线, 从采空区边缘起, 4.0~16.0 m为应力增高区, 10.0 m位置为应力峰值, 17.5~25.5 m范围岩体已进入原岩应力区。采用UDEC4.0离散元程序对工作面回采巷道巷帮煤体内的支承压力分布规律进行了数值模拟计算分析。结果表明:巷帮煤体中侧向支承压力峰值达到34.3 MPa, 应力集中系数2.28, 峰值在距离巷帮11 m位置处, 直接顶支承压力峰值在距离巷帮13 m位置处, 老顶支承压力峰值在距离巷帮18 m位置处。软厚泥岩顶板工作面巷帮煤体侧向支承压力峰值位置到巷帮的距离比一般工作面小。现场实测研究与数值模拟研究一致, 可为邻近工作面沿空掘巷窄煤柱的合理留设与围岩支护设计提供指导。

摘要：采用现场实测和数值模拟相结合的方法对某矿W3212工作面回风平巷巷帮煤体中支承压力分布规律进行研究。实测结果分析表明:软厚泥岩顶板工作面巷帮煤体侧向支承压力峰值位置到巷帮的距离比一般工作面小, 约为10 m, 4.016.0 m为应力增高区, 17.525.5 m范围岩体已进入原岩应力区;数值模拟研究结果表明:巷帮煤体中侧向支承压力峰值达到34.3 MPa, 应力集中系数为2.28, 峰值处于距离巷帮11 m位置, 直接顶和老顶支承压力峰值分别处于距离巷帮13 m和18 m位置。

关键词：软厚泥岩顶板,回采工作面,侧向支承压力,现场实测,数值模拟

参考文献

[1]陈轶平.综采工作面超前支护支承压力观测与分析[J].山西大同大学学报:自然科学版, 2009, 25 (3) :63-65.

[2]尹光志, 李小双, 郭文兵.大倾角煤层工作面采场围岩矿压分布规律光弹性模量拟模型试验及现场实测研究[J].岩石力学与工程学报, 2010, 29 (增1) :3336-3343.

[3]张永俊.大采高综放工作面前方支承应力数值模拟研究[J].山西煤炭, 2010, 30 (9) :42-44.

[4]姜福兴, 马其华.深部长壁工作面动态支承压力极值点的求解[J].煤炭学报, 2002, 27 (3) :273-275.