新莊煤礦1.2 Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖-采礦工程.zip
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錨桿支護(hù)巷道頂板離層臨界值的分析
摘 要：巷道支護(hù)是礦井建設(shè)和生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一,多年來(lái)一直受到巖石力學(xué)和采礦工程界的高度重視. 錨桿支護(hù)是利用深入圍巖內(nèi)部的錨桿桿體對(duì)圍巖進(jìn)行加固，提高被錨固圍巖自身的穩(wěn)定性來(lái)達(dá)到支護(hù)的目的。根據(jù)圍巖性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同，錨桿可起到懸吊、組合梁、擠壓加固拱等作用。在研究離層現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及受采動(dòng)影響前后巷道受力與變形情況的基礎(chǔ)上，在初步建立錨桿支護(hù)巷道頂板離層臨界值計(jì)算的理論依據(jù)方面做出探索，以求更好地為生產(chǎn)服務(wù)。頂板離層是開(kāi)采過(guò)程中巷道礦壓顯現(xiàn)的主要表現(xiàn)形式之一。離層值的大小不僅和煤層賦存條件及開(kāi)采技術(shù)條件等自然因素有關(guān),而且和巷道的尺寸、支護(hù)方式以及支護(hù)強(qiáng)度等直接相關(guān)。在深入分析現(xiàn)場(chǎng)頂板離層監(jiān)測(cè)手段和所存問(wèn)題的基礎(chǔ)上,對(duì)錨桿巷道的頂板離層臨界值進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；頂板離層；臨界值；離層監(jiān)測(cè)
1 錨桿支護(hù)
1.1 錨桿
錨桿是巖土體加固的桿件體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)錨桿桿體的縱向拉力作用，克服巖土體抗拉能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓能力的缺點(diǎn)。表面上看是限制了巖土體脫離原體。宏觀上看是增加了巖土體的粘聚性。從力學(xué)觀點(diǎn)上是主要是提高了圍巖體的粘聚力和內(nèi)摩擦角。
其實(shí)質(zhì)上錨桿位于巖土體內(nèi)與巖土體形成一個(gè)新的復(fù)合體。這個(gè)復(fù)合體中的錨桿是解決圍巖體的抗拉能力低的缺點(diǎn)。從而使得巖土體自身的承載能力大大加強(qiáng)。錨桿是當(dāng)代地下開(kāi)采的礦山當(dāng)中巷道支護(hù)的最基本的組成部分,他將巷道的圍巖束縛在一起,使圍巖自身支護(hù)自身?，F(xiàn)在錨桿不僅用于礦山，也用于工程技術(shù)中，對(duì)邊坡，隧道，壩體等進(jìn)行主動(dòng)加固。
1.1.1 錨桿的基本結(jié)構(gòu)
讓我們一起去了解錨桿的基本結(jié)構(gòu)及其作用：
錨桿作為深入地層的受拉構(gòu)件，它一端與工程構(gòu)筑物連接，另一端深入地層中，整根錨桿分為自由段和錨固段。
自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體區(qū)域，其功能是對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力；
錨固段是指水泥漿體將預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。
1.1.2 錨桿組成
1、組成錨桿必須具備幾個(gè)因素：
① 一個(gè)抗拉強(qiáng)度高于巖土體的桿體
② 桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結(jié)）阻力。
錨桿
③ 桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對(duì)巖土體的徑向阻力
錨桿作為深入地層的受拉構(gòu)件，它一端與工程構(gòu)筑物連接，另一端深入地層中， 整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指將錨桿頭處的拉力傳至錨固體區(qū)域，其功能是對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力；錨固段是指水泥漿體將預(yù)應(yīng)力筋與土層粘結(jié)的區(qū)域，其功能是將錨固體與土層的粘結(jié)摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。
1.1.3 錨桿的基本組成。
錨桿主要由桿體、螺母、托盤(pán)組成。
1.1.4 錨桿作用
錨桿是巖土體加固的桿件體系結(jié)構(gòu)。
通過(guò)錨桿桿體的縱向拉力作用，克服巖土體抗拉能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓能力的缺點(diǎn)。表面上看是限制了巖土體脫離原體。
宏觀上看是增加了巖土體的粘聚性。
從力學(xué)觀點(diǎn)上是主要是提高了圍巖體的粘聚力 C 和內(nèi)摩擦角φ。
其實(shí)質(zhì)上錨桿位于巖土體內(nèi)與巖土體形成一個(gè)新的復(fù)合體。這個(gè)復(fù)合體中的錨桿是解決圍巖體的抗拉能力低的缺點(diǎn)。從而使得巖土體自身的承載能力大大加強(qiáng)。
錨桿是當(dāng)代地下開(kāi)采的礦山當(dāng)中巷道支護(hù)的最基本的組成部分,他將巷道的圍巖束縛在一起,使圍巖自身支護(hù)自身.
現(xiàn)在錨桿不僅用于礦山，也用于工程技術(shù)中，對(duì)邊坡，隧道，壩體等進(jìn)行主動(dòng)加固。
1.2 錨桿支護(hù)
1.2.1 錨桿支護(hù)的概念
錨桿支護(hù)是指在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場(chǎng)等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。用于煤礦的錨桿支護(hù)成為煤礦錨桿支護(hù)。錨桿支護(hù)是利用深入圍巖內(nèi)部的錨桿桿體對(duì)圍巖進(jìn)行加固，提高被錨固圍巖自身的穩(wěn)定性來(lái)達(dá)到支護(hù)的目的。錨桿支護(hù)巷道示意圖如圖 1 所示；
h0
基本頂直接頂
h
B' B B'
L
1.2.2 錨桿支護(hù)的目的
用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱，打入巷道鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板（亦可不用），或依賴(lài)于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補(bǔ)強(qiáng)效果，以達(dá)到支護(hù)的目的。消除不安全隱患，改善操作人員的勞動(dòng)環(huán)境. 一切都是為安全著想。
1.2.3 錨桿支護(hù)的特點(diǎn)。
錨桿支護(hù)技術(shù)是集理念、理論、方法、材料、機(jī)具、施工工藝檢測(cè)儀器及技術(shù)規(guī)范于一體的巷道支護(hù)成套技術(shù)創(chuàng)新體系。該技術(shù)一廣泛應(yīng)用于煤巷、巖巷、半煤巖巷、 全煤巷道、沖擊低壓巷道、軟巖巷道、深部動(dòng)力巷道、無(wú)煤柱巷道、復(fù)合和松軟破碎頂板等困難條件下的支護(hù)。
錨桿支護(hù)作為一種有效的巷道支護(hù)方式，由于對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用，可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性，加之具有支護(hù)成本低，成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、提高巷道斷面利用率、簡(jiǎn)化回采面端頭維護(hù)工藝、明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件等優(yōu)點(diǎn)，可提高礦井效益，因而成為煤礦企業(yè)礦井巷道的一種主要支護(hù)方式，代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向。
其缺點(diǎn)是它屬于隱性支護(hù)，對(duì)支護(hù)質(zhì)量和可靠性的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)不易，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)明顯先兆的冒頂事故，此外，對(duì)變形量很大的軟巖、塑性較大的巷道的回采巷道， 支護(hù)效果不易保證，導(dǎo)致巷道無(wú)法使用。
在軟巖錨桿技術(shù)的推廣應(yīng)用和實(shí)施中，由于煤層賦存條件多樣化，圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 軟弱夾層和層理十分發(fā)育，穩(wěn)定性很差，極易發(fā)生離層垮冒，即使在同一巷道內(nèi)頂板
賦存狀態(tài)也是頻繁變化，構(gòu)造影響隨處可見(jiàn)。對(duì)于上述軟巖巷道，錨桿支護(hù)不能有效的控制頂板離層，惡性冒頂事故時(shí)有發(fā)生?？缏洮F(xiàn)象頻繁，安全事故時(shí)有發(fā)生。
1.2.4 錨桿支護(hù)的質(zhì)量要求
（一）打裝錨桿施工工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
1、打錨桿眼。
（1）打錨桿眼前，必須進(jìn)行敲幫問(wèn)頂，找掉危矸、活矸，打眼人員必須站在支護(hù)完好的安全地點(diǎn)進(jìn)行打眼作業(yè)。
（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用劃線打眼，標(biāo)記出錨桿眼位。
（3）打眼方向應(yīng)垂直于巷道的輪廓線，與煤巖層層面夾角不小于 750.
（4）先將頂部錨桿用鉆機(jī)打好并上緊托盤(pán)，然后用電鉆打幫部錨桿并上緊托盤(pán)。
（5）錨桿眼的深度、減排距及布置形式符合設(shè)計(jì)規(guī)定：眼位誤差不得超過(guò) 100mm.錨桿眼深度應(yīng)與錨桿長(zhǎng)度相匹配，打眼時(shí)應(yīng)在釬子上做好標(biāo)志，嚴(yán)格按錨桿長(zhǎng)度打眼。
（6）錨桿眼打好后，應(yīng)將眼內(nèi)的巖渣、積水清理干凈。打眼時(shí)，必須在超前臨時(shí)支護(hù)的掩護(hù)下操作；沖洗孔徑頸，送藥。將組裝好的錨桿慢慢頂推中速樹(shù)脂藥卷向孔低推入。
（7）打眼的順序，應(yīng)按由外向里先頂后幫得順序依次進(jìn)行。
（8）開(kāi)鉆機(jī)時(shí)，應(yīng)先開(kāi)風(fēng)后開(kāi)水，停機(jī)時(shí)應(yīng)先停水后停風(fēng)。
（9）采用鉆機(jī)打眼時(shí)，風(fēng)壓應(yīng)控制在 0.4-0.65MPa，水壓應(yīng)控制在 0.6-1.2MPa， 鉆桿、鉆頭要完好不堵塞。
（10）鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，嚴(yán)禁用手摸鉆機(jī)的鉆桿。
（11）鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，附近嚴(yán)禁有人；鉆機(jī)操作者應(yīng)將操作臂置于身前右側(cè)，且操作者距鉆機(jī)機(jī)身的距離大于臂長(zhǎng)；以防鉆機(jī)突然停止手柄擺動(dòng)而傷人。
（12）鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，不能用大力推進(jìn)，以防卡釬，手不能伏在氣腿上，以防鉆機(jī)收縮時(shí)擠傷手。
（13）當(dāng)鉆機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，必須用壓風(fēng)吹干殘留在機(jī)體內(nèi)的水，以防銹蝕機(jī)器。
2、安裝錨桿。
（1）安裝前，應(yīng)將眼孔內(nèi)的積水、巖粉用壓風(fēng)吹掃干凈。吹掃時(shí)，操作人員應(yīng)站在空口一側(cè)，眼孔方向不得有人，對(duì)錨桿眼，錨桿質(zhì)量必須進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)規(guī)定的要進(jìn)行處理。
（2）頂板錨桿：按規(guī)定數(shù)量放入樹(shù)脂錨固劑，用錨桿把樹(shù)脂錨桿劑送入眼底， 使錨桿頂住錨桿劑，錨桿鉆機(jī)斷頭套上專(zhuān)用攪拌器；然后升起鉆機(jī)，推進(jìn)錨桿，至頂板巖面 300mm-500mm 時(shí)，開(kāi)始攪拌 30S 后停機(jī)。
（3）幫部錨桿：先將錨固劑裝送入眼底，再用風(fēng)鉆卡主專(zhuān)用攪拌器旋轉(zhuǎn)將錨桿旋入樹(shù)脂錨桿劑，對(duì)錨固劑進(jìn)行攪拌，直至錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)深度，攪拌時(shí)間約 30Ｓ， 緊固錨桿，50Ｓ后，再次啟動(dòng)鉆機(jī)，邊旋轉(zhuǎn)邊推進(jìn)，錨桿螺母在鉆機(jī)的帶動(dòng)下剪斷定位銷(xiāo)，托盤(pán)快速壓緊煤壁。
（4）錨桿外露長(zhǎng)度露出螺帽１５－５０，蓋板要與圍巖表面接觸密實(shí)，禁止在托盤(pán)里墊木頭，石塊或多加托盤(pán)。
（5）網(wǎng)間搭接不小于 100mm，且每間隔 300mm 用１０號(hào)鐵絲捆綁，π型鋼帶搭接長(zhǎng)度不小于 100mm，網(wǎng)應(yīng)緊貼煤幫，π型鋼帶應(yīng)壓緊網(wǎng)。
3．注意事項(xiàng)
（1）錨桿孔要保證順直。
（2）錨桿與錨桿必須等長(zhǎng)，孔深比錨桿短 60mm－80mm.
（3）錨桿完成后應(yīng)反復(fù)沖刷，直至孔內(nèi)出清水，不躥煤，巖粉。
（4）攪拌及時(shí)均速，必須攪拌至孔底，并保證攪拌時(shí)間達(dá) 30Ｓ。
（5）等待凝固時(shí)間要充分，確保 50Ｓ后樹(shù)脂凝固后，再一次上緊螺母。
4．錨桿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
（1）錨桿與巖層面的夾角大于７５０ ，扭距：幫部大于或等于 60ＫＮ，頂部大于或等于 120ＫＮ。錨固力：幫部大于或等于５Ｔ，頂部大于或等于９Ｔ。
（2）機(jī)檢查螺母松緊程度時(shí)，以錨桿鉆機(jī)不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)為準(zhǔn)。這是塑料減磨墊圈嚴(yán)重變形或擠出。
（3）必須安排專(zhuān)人對(duì)錨桿進(jìn)行二次手動(dòng)加扭，使頂部錨桿預(yù)緊力 120Ｎ．Ｍ． 幫部錨桿預(yù)緊力達(dá)到 60Ｎ．ｍ以上。
（二）新型錨桿施工措施
1．錨桿支護(hù)作業(yè)場(chǎng)所距工作面２００m 以?xún)?nèi)，必須備有５－１０架備用棚及相應(yīng)支護(hù)材料，以備改變支護(hù)和搶險(xiǎn)之需。
2．當(dāng)煤幫一側(cè)，片幫小于 300mm 時(shí)，應(yīng)扭緊螺母使金屬網(wǎng)貼煤壁，禁止在金屬網(wǎng)內(nèi)裝填物料，背緊背實(shí)。
3．每一小班都必須對(duì)上一班及本班錨桿螺母扭距及安裝質(zhì)量進(jìn)行逐一檢查。
4.頂板離層指示儀及液壓枕在巷道開(kāi)窩時(shí)立即安裝一套，實(shí)體煤巷每向前掘進(jìn)
100m 時(shí)安設(shè)一套，斷層及煤巖破碎帶頂板淋水，應(yīng)力集中區(qū)交叉點(diǎn)及硐室等特殊條件下的巷道必須安設(shè)頂板離層指示儀。
5．技術(shù)人員負(fù)責(zé)對(duì)巷道內(nèi)的頂板離指示儀及液壓枕進(jìn)行測(cè)讀和記錄，每３－５ 天測(cè)讀和記錄一次。并把當(dāng)天匯總的檢測(cè)數(shù)據(jù)交到技術(shù)科。
1.5 錨桿施工工藝
1．兩幫要預(yù)留斷面輔以風(fēng)鎬或手搞人工成形，保證巷道成形質(zhì)量。
2．錨桿扭距要求：錨桿安裝扭距：頂板大于１２０Ｎ.m，煤巖幫部大于６０Ｎ.m。
3．錨桿安裝步驟及工藝。
（1）采用直徑 28 的鉆頭與錨桿等長(zhǎng)的鉆桿鉆眼，每排頂板錨桿打樁順序?yàn)橄戎虚g后兩邊。
（2）用組裝好的錨桿慢慢將兩卷樹(shù)脂藥推入孔底。
（3）用攪拌連接器將鉆機(jī)與錨桿螺母聯(lián)接起來(lái)，慢慢升起鉆機(jī)并保持２０－３
０Ｓ把錨桿頂推到位后停機(jī)。
（4）待５０Ｓ后再次開(kāi)啟鉆機(jī)，緊固螺母直至鉆機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)為止。
（5）每天對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，安排專(zhuān)人逐個(gè)進(jìn)行二次加扭。
1.1.5 煤礦錨桿支護(hù)安全技術(shù)措施流程：
1、根據(jù)巷道斷面確定錨桿長(zhǎng)度；
2、根據(jù)圍巖性質(zhì)確定錨桿直徑，錨盤(pán)大小，裝藥卷的數(shù)量（塑脂藥卷）；
3、打錨桿眼前準(zhǔn)備的工序流程；
4、打錨桿眼中注意事項(xiàng)；
5、打錨桿眼后安裝錨桿步驟及注意事項(xiàng)（特別要求初錨固力要達(dá)到的值）；
6、定期、不定期做錨桿拉力試驗(yàn)（抽查），并記錄 存檔。
7、錨桿打眼鉆機(jī)的型號(hào)、特征；
在以上 1、2、7 項(xiàng)要在安全技術(shù)措施中定量、定型。根據(jù)實(shí)際操作和經(jīng)測(cè)試錨固力后， 及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。各個(gè)礦區(qū)的地下圍巖性質(zhì)的不同，對(duì)巷道松動(dòng)圈各有不同，要做巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試后，并根據(jù)巷道服務(wù)年限，巷道是否受采動(dòng)影響來(lái)確定是否采用加錨索加強(qiáng)支護(hù)。
1.2.5 錨桿支護(hù)原理。
通過(guò)錨桿的軸向作用力，將圍巖中一定范圍巖體的應(yīng)力狀態(tài)由單向（或雙向）受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚴軌海瑥亩岣咂洵h(huán)向抗壓強(qiáng)度，使壓縮帶既可承受其自身重量，又可承受一定的外部載荷，使其有效地控制圍巖變形。錨桿力學(xué)作用主要有： 懸吊作用 、 組合作用 、 擠壓作用 。
1.3 國(guó)外錨桿支護(hù)理
錨桿支護(hù)機(jī)理目前提出的觀點(diǎn)很多, 有懸吊作用、組合梁( 拱) 作用、加固作用等。這幾種觀點(diǎn)都是以圍巖狀態(tài)和利用錨桿桿體受拉為前提來(lái)解釋錨桿支護(hù)的作用機(jī)理。因此, 圍巖狀態(tài)及錨桿受拉這兩個(gè)前提的客觀性是判定上述這些理論正確的標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.1 錨桿的懸吊理論
1952 年路易斯阿·帕內(nèi)科(Louis A·Panek) 等發(fā)表了懸吊理論,懸吊理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。見(jiàn)圖 1 。
對(duì)于回采巷道揭露的層狀巖體,直接頂板均有彎曲下沉變形趨勢(shì),如果使用錨桿及時(shí)將其擠壓,并懸吊在老頂上,直接頂板就不會(huì)與老頂離層乃至脫落。錨桿的懸吊作用主要取決于所懸吊的巖層的厚度,層數(shù)及巖層彎曲時(shí)相對(duì)的剛度與彈性模量,還受錨桿長(zhǎng)度、密度及強(qiáng)度等因素的影響。這一理論提出的較早,滿足其前提條件時(shí),有一定的實(shí)用價(jià)值。但是大量的工程實(shí)踐證明,即使巷道上部沒(méi)有穩(wěn)固的巖層,錨桿亦能發(fā)揮支護(hù)作用。例如,在全煤巷道中,錨桿就錨固在煤層中也能達(dá)到支護(hù)的目的,說(shuō)明這一理論有局限性。
在掘進(jìn)采用錨桿支護(hù)中, 錨桿將下部不穩(wěn)定的巖層( 直接頂或塊狀結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的巖塊) 懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上, 阻止巖層或巖塊的垮落。錨桿所受的拉力來(lái)自被懸吊的巖層重量, 并據(jù)此設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)。
這一理論提出的較早, 滿足其前提條件時(shí), 有一定的實(shí)用價(jià)值。但是大量的工程實(shí)踐證明, 即使巷道上部沒(méi)有穩(wěn)固的巖層, 錨桿亦能發(fā)揮支護(hù)作用。例如, 在全煤巷道中, 錨桿錨固在煤層中也能達(dá)到支護(hù)的目的, 說(shuō)明這一理論有一定的實(shí)用性,也有它的局限性。
1.3.2 組合梁理論
組合梁理論認(rèn)為巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板,可看作是由巷道兩幫作為支點(diǎn)的一種梁,這種巖梁支承其上部的巖層載荷。見(jiàn)圖 2 。
使用錨桿將各層“裝訂”成一個(gè)整體的組合梁,防止巖石沿層面滑動(dòng),避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象。在上覆巖層荷載作用下,這種較厚的組合梁比單純的迭加梁,其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力將大大減小,撓度亦減小。而且各層間摩擦阻力愈大,整體強(qiáng)度愈大,補(bǔ)強(qiáng)效果愈好。
但是,這種理論在處理巖層沿巷道縱向有裂縫時(shí)梁的連續(xù)性問(wèn)題和梁的抗彎強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)有一定的局限性。
為了解決懸吊理論的局限性, 提出了組合梁理論。它認(rèn)為在沒(méi)有穩(wěn)固巖層提供懸吊支點(diǎn)的薄層狀巖層中, 可利用錨桿的拉力將層狀巖層組合起來(lái), 形成組合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)。組合梁作用的本質(zhì)在于通過(guò)錨桿的預(yù)拉應(yīng)力將原視為疊合梁( 板) 的巖層擠緊, 增
大巖層間的摩擦力。同時(shí), 錨桿本身也提供一定的抗剪能力, 阻止其層間錯(cuò)動(dòng)。錨桿把數(shù)層薄的巖層組合成類(lèi)似鉚釘加固的組合梁, 這時(shí)被錨固巖層便可看成組合梁, 全部錨固
層能共同變形, 頂板巖層抗彎剛度大大提高。決定組合梁穩(wěn)定性的主要因素是錨桿的預(yù)拉應(yīng)力、桿體強(qiáng)度和巖層性質(zhì)。
這一觀點(diǎn)有一定的影響, 但是工程實(shí)例較少,也沒(méi)有進(jìn)一步的依據(jù)資料供設(shè)計(jì)應(yīng)用。例如, 巖層沿巷道縱向有裂縫時(shí)梁的連續(xù)性問(wèn)題和梁的抗彎強(qiáng)度問(wèn)題。
1.3.3 組合拱理論
組合拱理論是由蘭氏( T A Lang) 和彭德(Pender) 通過(guò)光彈試驗(yàn)提出來(lái)的。組合拱原理認(rèn)為,在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中,安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí),在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力,如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小,各個(gè)錨桿的壓應(yīng)力維體相互交錯(cuò),這樣使巷道周?chē)膸r層形成一種連續(xù)的組合帶(拱) 見(jiàn)圖 3。
這個(gè)組合拱可承受上部巖石的徑向載荷,如同碹體起到巖層補(bǔ)強(qiáng)的作用,承載外圍的壓力。組合拱理論的不足是缺乏對(duì)被加固巖體本身力學(xué)行為的進(jìn)一步探討,與實(shí)際情況有一定差距,在分析過(guò)程中沒(méi)深入探索圍巖—支護(hù)的相互作用。
如果把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁( 板) , 由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點(diǎn), 安設(shè)了錨桿就相當(dāng)于增加了支點(diǎn), 從而減小了頂板的跨度, 使頂板巖層的彎曲應(yīng)力和撓度得到降低, 維持了頂板穩(wěn)定。這就是錨桿的減跨作用, 它實(shí)際上來(lái)源于錨桿的懸吊作用, 但它同樣未能提供用于錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的方法。
1.3.4 最大水平應(yīng)力理論
澳大利亞學(xué)者蓋爾(W J Gale) 在20 世紀(jì)90 年代初提出了最大水平應(yīng)力理論。該理論認(rèn)為:礦井巖層的水平應(yīng)力一般是垂直應(yīng)力1. 3～2. 0 倍。而且水平應(yīng)力具有方向性,最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的1. 5～2. 5 倍。巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力影響,且有三個(gè)特點(diǎn): ①與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小,頂?shù)装宸€(wěn)定性最好; ②與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道。其頂板變形破壞偏向巷道某一幫; ③與最大水平應(yīng)力垂直的巷道,頂?shù)装宸€(wěn)定性最差。
最大水平應(yīng)力理論,論述了巷道圍巖水平應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護(hù)所起的作用。在最大水平應(yīng)力作用下,巷道頂?shù)装鍘r層發(fā)生剪切破壞,因而會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松動(dòng)引起層間膨脹,造成圍巖變形。錨桿所起的作用是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng),因此要求具備有強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大的高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)。
1.4 國(guó)內(nèi)錨桿支護(hù)理論研究發(fā)展概況
近十幾年來(lái),國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)錨桿作用機(jī)理做了大量的深入研究與探討,進(jìn)一步揭示了錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì),促進(jìn)了錨桿支護(hù)理論研究的發(fā)展,擴(kuò)大了錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的范圍。主要觀點(diǎn)如
下:
1.4.1 全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理
全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論由東北大學(xué)王明恕教授等提出了。該理論認(rèn)為在靠近巖石壁面部分(錨桿尾部) ,錨桿阻止圍巖向壁面變形,剪力指向壁面。在圍巖深處(錨桿頭部) ,圍巖阻止錨桿向壁面方向移動(dòng)。錨桿上的剪力指向相背的分界點(diǎn),稱(chēng)為中性點(diǎn),該點(diǎn)處剪應(yīng)力為零,軸
向拉應(yīng)力為最大。由中性點(diǎn)向錨桿兩端剪應(yīng)力逐漸增大,軸向拉應(yīng)力逐漸減少(如圖5) 。該理論近年在國(guó)內(nèi)理論分析中其“中性點(diǎn)”觀點(diǎn)被普遍接受,但其理論形式還存在著一定的爭(zhēng)
議,因?yàn)樗y以解釋錨桿尾部的斷裂機(jī)理,有人認(rèn)為該理論假設(shè)未設(shè)托盤(pán)之故。
1.4.2 松動(dòng)圈理論
圍巖松動(dòng)圈巷道支護(hù)理論是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授提出,該理論是在對(duì)巷道圍巖狀態(tài)進(jìn)行深入研究后提出的。研究發(fā)現(xiàn)圍巖松動(dòng)圈的存在是巷道固有的特性,它的范圍大小
(厚度值L) 目前可以用聲波儀或者多點(diǎn)位移計(jì)等手段進(jìn)行測(cè)定。巷道支護(hù)的主要對(duì)象是圍巖松動(dòng)圈產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的碎脹變形力,錨桿承受拉力的來(lái)源在于松動(dòng)圈的發(fā)生、發(fā)展;并根據(jù)圍巖松動(dòng)圈厚度值的大小,將其分為小、中、大三類(lèi)。
松動(dòng)圈的類(lèi)別不同,則錨桿支護(hù)機(jī)理不同。Ⅰ類(lèi)小松動(dòng)圈L= 0～400mm,圍巖的碎脹變形量很小,此類(lèi)圍巖巷道一般無(wú)需錨桿,可以裸體或者噴射混凝土單獨(dú)支護(hù); Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖L
= 400～1500mm ,用懸吊理論設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)參數(shù); Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖L =1. 5～2. 0m、L = 2. 0～3. 0m ,采用組合拱理論確定錨噴支護(hù)參數(shù); Ⅵ類(lèi)圍巖L > 3. 0m ,在沒(méi)有進(jìn)一步研究資料之前, 應(yīng)采用以錨噴網(wǎng)為基礎(chǔ)的復(fù)合支護(hù)。該理論的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀,對(duì)中小松動(dòng)圈有很重要的價(jià)值,但對(duì)大松動(dòng)圈尤其是高應(yīng)力軟巖的采準(zhǔn)巷道,實(shí)踐表明,該理論有一定的局限性。
1.4.3 圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論
該理論的要點(diǎn)是: (1) 巖體經(jīng)錨桿錨固后,其峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均得到提高,隨著錨桿布置密度的增加,強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)逐漸增大,錨桿布置密度一定時(shí),錨桿對(duì)巖體殘余強(qiáng)度的強(qiáng)化程度大于對(duì)巖體的峰值強(qiáng)度的強(qiáng)化程度。(2) 錨桿可有效改善原巖體的力學(xué)參數(shù),隨著錨桿布置密度的增加,錨固體峰值前的E ,C ,< 與峰值后的E ,C ,φ均有不同程度的提高。(3) 利用錨桿支護(hù),可以提高錨固區(qū)域巖體的強(qiáng)度,可以有效的減小巷道圍巖塑性區(qū),破碎區(qū)半徑及巷道表面位移,保持巷道圍巖穩(wěn)定。該理論的分析方法是將錨桿的作用簡(jiǎn)化為對(duì)錨固圍巖從錨桿的兩端施加徑向約束力,由實(shí)驗(yàn)室錨固塊體試驗(yàn)確定圍巖塑性應(yīng)變軟化本構(gòu)關(guān)系,再利用彈塑性理論定量分析錨桿的支護(hù)效果。
1.4.4 錨固力與圍巖變形量關(guān)系理論
該理論對(duì)錨桿錨固力的內(nèi)涵及作用進(jìn)行了深入研究,認(rèn)為錨桿對(duì)圍巖的錨固作用是通
過(guò)錨固力來(lái)實(shí)現(xiàn)的,而錨固力是依賴(lài)圍巖變形而產(chǎn)生和發(fā)展的。錨桿支護(hù)一般在巷道開(kāi)挖完成后實(shí)施,此時(shí)圍巖的彈塑性變形已經(jīng)完成,使錨桿產(chǎn)生錨固力的是圍巖峰后的剪脹變形,隨著剪脹變形的漸進(jìn)發(fā)展,錨桿從徑向和切向兩個(gè)方向上產(chǎn)生限制剪脹變形的力σbr、σbθ。 剪脹變形越大,錨桿的徑向和切向的錨固力越高。錨桿的錨固作用使得圍巖在較高的應(yīng)力狀態(tài)(能量狀態(tài)) 下獲得穩(wěn)定平衡。
1.4.5 錨固平衡拱理論
該理論認(rèn)為,錨桿加固對(duì)于提高圍巖自身的最大承載能力沒(méi)有明顯的效果,但在圍巖產(chǎn)生塑性破壞后,對(duì)提高圍巖的殘余強(qiáng)度及承載能力有顯著作用。在巷道周?chē)?錨桿與其錨固范圍內(nèi)的巖石構(gòu)成一種錨固支護(hù)體,當(dāng)這個(gè)錨固體中的巖石在圍巖集中應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí),其承載能力降低并產(chǎn)生變形,同時(shí)圍巖的集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移,使錨固體卸載。在此過(guò)程中,錨固體通過(guò)錨桿的約束作用和抗剪作用,使塑性破壞后易于松動(dòng)的巖
石構(gòu)成具有一定承載能力和適應(yīng)自身變形卸載的錨固平衡拱。
1.5 錨桿支護(hù)理論發(fā)展趨勢(shì)
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外錨桿支護(hù)理論研究,目前錨桿支護(hù)理論實(shí)質(zhì)上是對(duì)三大支護(hù)理論的進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。而且各種作用機(jī)理都有它的適用條件,應(yīng)根據(jù)具體條件研究選擇支護(hù)機(jī)理。 現(xiàn)有的情況下,對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),缺乏行之有效的、合理的計(jì)算方法,理論分析和數(shù)值計(jì)算與實(shí)際支護(hù)情況存在很大
的差別。所以應(yīng)從以下幾方面研究支護(hù)作用機(jī)理。
(1) 深入研究圍巖松動(dòng)圈理論。該方法含有專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)設(shè)計(jì)法的內(nèi)涵, 簡(jiǎn)單直觀,易為現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員所接受,且對(duì)巖巷有著良好的適應(yīng)性,但對(duì)煤巷尤其是動(dòng)壓煤巷的適應(yīng)性仍有待深入研究,故圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論與設(shè)計(jì)方法也是今后發(fā)展的方向之一。
(2) 開(kāi)發(fā)優(yōu)秀的巖土工程數(shù)值模擬軟件。數(shù)值模擬方法的實(shí)質(zhì)是,利用計(jì)算機(jī)對(duì)通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型、模擬可能遇到的應(yīng)力場(chǎng)范圍內(nèi)巖層礦壓顯現(xiàn)與錨桿支護(hù)過(guò)程中特性分析,評(píng)價(jià)所選擇的各種錨桿支護(hù)系統(tǒng)或支護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性與可靠程度。有限差分程序模擬巖土工程問(wèn)題有很大的優(yōu)越性,它不但可以處理一般的大變形問(wèn)題,而且可以模擬巖體沿某一弱面產(chǎn)生的滑動(dòng)變形;還能針對(duì)不同材料特性,使用相應(yīng)的本構(gòu)方程來(lái)比較真實(shí)地反映實(shí)際材料的動(dòng)態(tài)行為。它還可考慮錨桿等支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用。所以開(kāi)發(fā)適合的有限差分程序可以比較方便的研究錨桿與圍巖相互作用機(jī)理,從中發(fā)現(xiàn)新的錨桿圍巖作用關(guān)系。
(3) 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和支護(hù)效果監(jiān)測(cè)儀器。目前進(jìn)行錨桿與圍巖相互作用機(jī)理的研究過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)裝置存在一定的缺陷,不能夠使模型得到真實(shí)的邊界條件,數(shù)據(jù)采集儀器與模型的耦合也存在一定的問(wèn)題。對(duì)于支護(hù)效果的監(jiān)測(cè),儀器的精確度不夠,不能夠準(zhǔn)確的反映支護(hù)效果,所以支護(hù)的效果不能驗(yàn)證支護(hù)機(jī)理的正確性。所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置和發(fā)明高精度的監(jiān)測(cè)儀器,是研究支護(hù)機(jī)理的前提。
2 頂板離層
2.1 頂板離層
2.1.1 頂板離層的概念
頂板離層系指巷道頂板巖層中一點(diǎn)與其正上方一定深度某點(diǎn)間的相對(duì)位移量 , 可稱(chēng)為廣義頂板離層。而通常將“頂板離層”理解為頂板巖層中各分層層面間的相對(duì)分離,可稱(chēng)其為狹義頂板離層[4 ] , 本文頂板離層概念系指狹義頂板離層。眾所周知, 煤系地層呈明顯的層狀分布, 并且多受節(jié)理裂隙切割, 這在煤系地層的沉積和地質(zhì)變動(dòng)過(guò)程中即已形成。各分層及節(jié)理裂隙膠結(jié)程度低、力學(xué)性能差,是天然的力學(xué)弱面。巷道變形失穩(wěn)首先從這些弱面開(kāi)始,微觀表現(xiàn)為弱面間的滑動(dòng)和張開(kāi), 宏觀上表現(xiàn)為巖層的折曲與位移。特別對(duì)于回采巷道頂板巖層, 當(dāng)弱面張開(kāi)后各層之間失去了力學(xué)聯(lián)系, 由于巖層自重和水平力的擠壓作用, 離層有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì), 這在實(shí)際觀測(cè)中得到了證實(shí)。頂板離層示意圖如圖 2；
2.1.2 頂板離層的主要原因
巷道頂板產(chǎn)生離層的主要原因是巷道頂板巖層的非均質(zhì)性和不連續(xù)性，特別是不同巖層在變形量上的差異性。煤礦巷道中煤層頂板一般可分為偽頂、直接頂和基本頂，其中， 偽頂對(duì)采掘及巷道維護(hù)影響不大，而直接頂?shù)膸r石力學(xué)性質(zhì)（包括硬度、抗拉壓能力等） 一般較基本頂為差，從而當(dāng)受到等量載荷時(shí)，直接頂變形量較基本頂巖層大，從而導(dǎo)致離層現(xiàn)象的產(chǎn)生。
巷道自開(kāi)掘至報(bào)廢隨時(shí)間推移其受力狀況一般可分為兩個(gè)階段：巷道受采動(dòng)影響前
（即
自開(kāi)掘至周?chē)后w回采前）和巷道受采動(dòng)影響后（即自周?chē)后w回采至垮落報(bào)廢前）。由于錨桿將直接頂（或直接頂?shù)囊徊糠郑╁^固為一個(gè)組合體，且一般巷道延伸方向較巷道的寬度和高度大的多，因此可將錨桿支護(hù)巷道的應(yīng)變分析問(wèn)題視為平面應(yīng)變問(wèn)題。且在巷道周?chē)后w回采前，由于巷道的寬度較實(shí)體煤跨度小的多，故其承受上覆巖層的支承壓力相
對(duì)較小，對(duì)周?chē)后w的破壞相對(duì)較弱；而當(dāng)巷道周?chē)拿后w回采后，由于受采動(dòng)的影響， 巷道承受上覆巖層的支承壓力較大，對(duì)周?chē)后w的破壞較嚴(yán)重，使其對(duì)上覆巖層的固定能力喪失。通過(guò)上述分析，我們可以將受采動(dòng)影響前煤層巷道應(yīng)變模型簡(jiǎn)化為固支梁，將受采動(dòng)影響后煤層巷道的應(yīng)變模型簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁；應(yīng)用此理論對(duì)兩種情形下的巷道頂板離層量進(jìn)行分析、計(jì)算，從而建立巷道頂板離層臨界值計(jì)算的理論基礎(chǔ)。
2.1.3 頂板離層影響因素
（1）地應(yīng)力。地應(yīng)力是引起巷道圍巖變形和破壞的根本原因。
（2）圍巖力學(xué)性質(zhì)。圍巖力學(xué)特性對(duì)巷道穩(wěn)定性有重要影響。圍巖的力學(xué)參數(shù)越高， 巷道的變形越小，巷道越穩(wěn)定。
（3）圍巖結(jié)構(gòu)。巷道頂板巖層各分層的巖性、厚度及節(jié)理裂隙發(fā)育程度對(duì)頂板的穩(wěn)定影響極大。
（4）錨桿支護(hù)參數(shù)。在一定的圍巖條件下，錨桿的密度、直徑、長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度增加，頂板下沉量都有不同程度的減小。
（5）巷道斷面。巷道斷面的大小和形狀對(duì)巷道的穩(wěn)定有重要影響。巷道斷面尺寸愈大，愈不利于巷道的穩(wěn)定。
（6）護(hù)巷煤柱尺寸。護(hù)巷煤柱的尺寸決定了相鄰采空區(qū)殘余支承壓力的影響程度， 是影響頂板離層的重要因素。
2.2 巷道頂板離層值的分析與理論計(jì)算
2.2.1 離層位置分析原理
頂板離層監(jiān)測(cè)的基本原理示意見(jiàn)圖
以?xún)牲c(diǎn)式離層儀為例，兩點(diǎn)式離層儀在監(jiān)測(cè)頂板離層時(shí)，離層位置會(huì)產(chǎn)生以下幾種情況：
(1)離層位置在A點(diǎn)與B點(diǎn)之間。發(fā)生離層時(shí)，A點(diǎn)數(shù)據(jù)逐漸增大，B點(diǎn)數(shù)據(jù)不變，（A-B）
數(shù)值逐漸增大。因此，可以把A或（A-B）作為A，B間離層大小的分析數(shù)據(jù)。(2)離層位置在B點(diǎn)之下。發(fā)生離層時(shí)，A點(diǎn)數(shù)據(jù)逐漸增大，B點(diǎn)數(shù)據(jù)逐漸增大，（A-B）
數(shù)值不變。因此，可以把A或B數(shù)值作為監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)。 (3)離層位置在A點(diǎn)以上。發(fā)生離層時(shí)，A點(diǎn)數(shù)據(jù)不變，B 點(diǎn)數(shù)據(jù)不變，A-B數(shù)值也
不變。此種情況，頂板離層儀失效，非常危險(xiǎn)。應(yīng)增大A點(diǎn)的固定位置。
(4)離層位置在B點(diǎn)上下兩處。這種情況下，離層1的出現(xiàn)，將造成A點(diǎn)數(shù)據(jù)量增大，
B點(diǎn)的數(shù)據(jù)不變，（A-B）的數(shù)據(jù)將增大；離層2的出現(xiàn)，將導(dǎo)致A，B兩點(diǎn)的下沉量同時(shí)增大，（A-B）的數(shù)據(jù)為零。若離層1處出現(xiàn)相對(duì)位移為S1、離層2處出現(xiàn)相對(duì)位移為S2，則
A點(diǎn)產(chǎn)生的相對(duì)位移S1+S2，B點(diǎn)產(chǎn)生的相對(duì)位移S2，（ A-B）的數(shù)值為S1。若S1＞
S2’ 可能會(huì)出現(xiàn)在離層1位置整體冒落；若S1＜S2，則會(huì)在離層2處先冒落，在離層1 后冒落的分層冒落情況。從某種意義上講，巷道圍巖范圍內(nèi)的頂板發(fā)生離層是絕對(duì)的，而不發(fā)生離層是相對(duì)的，特別是相對(duì)于淺基點(diǎn)的錨固范圍之內(nèi)的頂板產(chǎn)生離層更是不可避免。人們監(jiān)測(cè)頂板離層的目的不是要阻止頂板離層的發(fā)生，而是要確定一個(gè)合適的頂板離層臨界值的大小。通過(guò)監(jiān)測(cè)頂板離層是否達(dá)到該臨界值，來(lái)判斷巷道頂板是否有發(fā)生冒頂?shù)目赡?、巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理、巷道是否需要加強(qiáng)支護(hù)等。
2.2.2 頂板離層臨界值的確定
對(duì)每條巷道來(lái)說(shuō)，其巷道頂板離層量的危險(xiǎn)臨界值都應(yīng)有2個(gè)，即錨桿錨固范圍內(nèi)和錨固范圍外應(yīng)有不同的離層量危險(xiǎn)臨界值。錨桿錨固范圍內(nèi)離層量危險(xiǎn)臨界值應(yīng)根據(jù)錨桿有效伸長(zhǎng)量來(lái)確定。錨桿有效伸長(zhǎng)量即是錨固在巷道頂板上的錨桿在受拉作用時(shí)。其受拉力達(dá)到設(shè)計(jì)拉拔力時(shí)的伸長(zhǎng)量，危險(xiǎn)臨界值一般都小于或等于錨桿有效伸長(zhǎng)量。但經(jīng)過(guò)多條巷道觀測(cè)證明，錨桿錨固范圍內(nèi)實(shí)際頂板離層遠(yuǎn)小于錨桿有效伸長(zhǎng)量。錨桿錨固范圍外頂板離層臨界值目前最好的確定辦法就是通過(guò)實(shí)際觀測(cè)。在測(cè)中常用的方法。當(dāng)實(shí)際發(fā)生了巷道頂板垮落現(xiàn)象時(shí)，可直接取此處頂板離層量作為預(yù)報(bào)危險(xiǎn)的臨界值；如果在所觀測(cè)巷道中沒(méi)有頂板垮落現(xiàn)象發(fā)生同時(shí)也無(wú)類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)參數(shù)時(shí)，則可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個(gè)量值較小的離層量作為準(zhǔn)臨界值，在觀測(cè)過(guò)程中逐步修正。如果在觀測(cè)過(guò)程中實(shí)際頂板離層量沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)值且頂板也無(wú)危險(xiǎn)情況發(fā)生，則繼續(xù)使用預(yù)設(shè)值作為臨界值。如果在觀測(cè)過(guò)程中實(shí)際頂板離層量達(dá)到或超過(guò)了預(yù)設(shè)臨界值，但巷道頂板沒(méi)有發(fā)生危險(xiǎn)的跡象，則可適當(dāng)加大預(yù)設(shè)臨界值，然后再繼續(xù)觀測(cè)和修正。已有的觀測(cè)結(jié)果可作為以后同類(lèi)巷道觀測(cè)的準(zhǔn)臨界值，即當(dāng)以后在同類(lèi)巷道中觀測(cè)時(shí)，可以用此次觀測(cè)沒(méi)有發(fā)生頂板垮落危險(xiǎn)時(shí)最大離層量作為臨界值；當(dāng)所觀測(cè)的巷道頂板離層量小于此值時(shí)，則不必修正；如果大于此值，但頂板完好，無(wú)危險(xiǎn)跡象，并能安全采過(guò)時(shí)，可將臨界值增大至所觀測(cè)到的離層量。
2.2.4 頂板離層臨界值確定方法
用巷道頂板離層指示儀可以測(cè)出每個(gè)測(cè)點(diǎn)處距巷道頂板不同深度的頂板離層量和所在位置，但1 個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)出的結(jié)果只能說(shuō)明測(cè)點(diǎn)自身及其附近巷道頂板的離層情況，要想對(duì)整個(gè)巷道頂板的離層情況進(jìn)行監(jiān)控，則需在巷道內(nèi)每隔一定距離設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，這樣就由這些測(cè)點(diǎn)在所要監(jiān)測(cè)的巷道內(nèi)形成一條監(jiān)測(cè)線，定期對(duì)這些測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，就可以
達(dá)到對(duì)整個(gè)巷道頂板進(jìn)行監(jiān)測(cè)目的。頂板離層量日常觀測(cè)成果整理比較簡(jiǎn)單，但如果測(cè)點(diǎn)較多，計(jì)算量大。主要是依靠頂板離層量危險(xiǎn)“臨界值”來(lái)判斷頂板是否有垮落的危險(xiǎn)。因此，巷道頂板離層量的危險(xiǎn)臨界值確定是至關(guān)重要的。對(duì)每條巷道來(lái)說(shuō)，其巷道頂板離層量的危險(xiǎn)臨界值都應(yīng)有兩個(gè)，即錨桿錨固范圍內(nèi)和錨固范圍外應(yīng)有不同的離層量危險(xiǎn)臨界值。錨桿錨固范圍內(nèi)離層量危險(xiǎn)臨界值應(yīng)根據(jù)錨桿有效伸長(zhǎng)量來(lái)確定，錨桿有效伸
長(zhǎng)量即是錨固在巷道頂板上的錨桿在受拉作用時(shí)，其受拉力達(dá)到其設(shè)計(jì)拉拔力時(shí)的伸長(zhǎng)量，危險(xiǎn)臨界值一般都小于或等于錨桿有效伸長(zhǎng)量。但經(jīng)過(guò)多條巷道觀測(cè)證明，錨桿錨固范圍內(nèi)實(shí)際頂離層遠(yuǎn)小于錨桿有效伸長(zhǎng)量。錨桿錨固范圍外頂板離層臨界值雖然可以根據(jù)巖梁厚度、巷道寬度及巖層性質(zhì)來(lái)計(jì)算，但理論計(jì)算往往都是以巖梁為均質(zhì)體作為假設(shè)條件，而實(shí)際上巷道頂板巖性及節(jié)理裂隙發(fā)育程度都有很大的不確定性，以最好的確定辦法就是通過(guò)實(shí)際觀測(cè)，特別是觀測(cè)到那些即將要冒落的頂板不同深度的離層量，所確定的離層臨界值才有說(shuō)服力。
在實(shí)測(cè)中常用的方法是，當(dāng)實(shí)際發(fā)生了巷道頂板垮落現(xiàn)象時(shí)，則直接取此處頂板離層量作為預(yù)報(bào)危險(xiǎn)的臨界值，如果在所觀測(cè)巷道中沒(méi)有頂板垮現(xiàn)象發(fā)生同時(shí)也無(wú)類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)參數(shù)時(shí)，則可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個(gè)量值較小的離層量作為準(zhǔn)臨界值，在觀測(cè)過(guò)程中逐步修正。如在觀測(cè)過(guò)程中實(shí)際頂板離層量沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)值且頂板也無(wú)危險(xiǎn)情況發(fā)生，則繼續(xù)使
用預(yù)設(shè)值作為臨界值。如在觀測(cè)過(guò)程中實(shí)際頂板離層量達(dá)到或超過(guò)了預(yù)設(shè)臨界值，但巷道頂板沒(méi)有發(fā)生危險(xiǎn)的跡象，則可適當(dāng)加大預(yù)設(shè)臨界值，然后再繼續(xù)觀測(cè)和修正。已有的觀測(cè)結(jié)果可作為以后同類(lèi)巷道觀測(cè)的準(zhǔn)臨界值，即當(dāng)以后在同類(lèi)巷道中觀測(cè)時(shí)，可以用此次觀測(cè)沒(méi)有發(fā)生頂板垮落危險(xiǎn)時(shí)最大離層量作為臨界值，當(dāng)所觀測(cè)的巷道頂板離層量小于此值時(shí)，則不必修正，如果大于此值，但頂板完好，無(wú)危險(xiǎn)跡象，并能安全采過(guò)時(shí)，可將臨界值增大至所觀測(cè)到的離層量。
1 頂板離層臨界值的計(jì)算模型
開(kāi)掘回采巷道破壞了圍巖原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài), 在應(yīng)力重新分布的同時(shí)伴隨著巷道圍巖變形的發(fā)生。一方面, 煤幫出現(xiàn)塑性區(qū), 被壓縮并向巷道內(nèi)移動(dòng); 另一方面, 巷道圍巖巖層將組合成一組合梁, 在本身自重及上述巖層的作用下也將出現(xiàn)彎曲下沉。
其頂板離層值計(jì)算的力學(xué)模型如圖 所示；
2 錨固區(qū)外離層臨界值的確定
圖 1 中巷道頂板 A 點(diǎn)與 C 點(diǎn)之間離層值△AC 代表了錨固區(qū)外，內(nèi)離層值的綜合，其大小可以根據(jù) C 點(diǎn)的最大下沉量確定。
由于假設(shè) A 點(diǎn)不動(dòng)，所以 C 點(diǎn)的下沉量就代表了 AC 之間頂板的離層值。從計(jì)算模式上可以看出，AC 之間離層值由二部分組成，一是頂板巖層隨煤壁的壓縮下沉而下沉，二
是頂板巖層本身的彎曲下沉。
即: ?AC = 1U
2 y
+ f0
式中：Uy ——煤壁處頂?shù)装逑鄬?duì)移近量
f0 ———頂板 C 點(diǎn)的彎曲下沉量
1） 煤壁處頂?shù)装逑鄬?duì)移近量的計(jì)算
示意圖, 如圖2所示 ：
根據(jù)圍巖的變形情況繪出巷道周邊變形
巷道一側(cè)的水平移近量Ux可由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)兩幫的相對(duì)移近量獲得煤幫極限平衡區(qū)寬度為X0為：
?
? K?H +
mA
C0 ?
tgΨ ?
x0 = Ln? 0 ?
2tgΨ0
式中：m——采高
? C0
?? tgΨ0
+ Px ?
A ??
A———側(cè)壓系數(shù)C0———煤層界面粘聚力Ψ0 —煤層界面內(nèi)摩擦角K ———應(yīng)力集中系數(shù)? ——上覆巖層平均容重H—— 采 深 Px——幫錨桿的錨固力
在應(yīng)力極限平衡區(qū)范圍內(nèi)的煤體各點(diǎn)都處于塑性軟化狀態(tài), 不考慮體積應(yīng)變。可認(rèn)為煤層頂?shù)装逑鄬?duì)移近時(shí)將煤體擠入巷道,擠入巷道的煤體總面積等于應(yīng)力極限平衡
區(qū)
范圍內(nèi)頂?shù)装逑鄬?duì)移近的總面積。即：
uy =
ux .m
0.5x + u
0 x
2）錨固梁的彎曲下沉
當(dāng)頂板錨固巖層不出現(xiàn)斷裂時(shí), 其離層將是安全的。此時(shí)錨固層可看作兩端由煤壁支承的固定梁, 梁的跨度為巷寬 B。
' EπD2
E = K1E+ b
4ScSL
= 32Eh
qB4
f1 ' 3
1
u (m? u )= 2× 1 × 1 u x
x y 2 2 y 0
錨固巖層在自重及上覆巖層作用下， 梁不發(fā)生斷裂。頂板巖層 C 點(diǎn)的最大下沉值
式中：q——錨固巖層的載荷 E‘——錨固巖層的等效彈性模量H1——錨固巖層高度
式中： E——直接頂巖石的彈性模量
K1———頂板巖層竭力、裂隙影響系數(shù)
Eb——錨桿敢提的彈性模量D—— 錨 桿 直 徑 Sc—— 錨 桿 間 距 Sl——錨桿排拒
如果作用在錨固巖梁上的載荷較大,則錨固巖層首先在兩端發(fā)生斷裂, 最終形成兩端由煤壁支撐的簡(jiǎn)支梁。此時(shí)錨固巖層 C 點(diǎn)的最大下沉值 f: 為:
= 32Eh
5qB4
f2 ' 3
1
3） 錨固區(qū)內(nèi)、外離層臨界值的確定
① 當(dāng)頂板離層值△AC：
? ≤ 1 u + f
AC 2 y 1
時(shí)，頂板錨固巖層沒(méi)有發(fā)生斷裂，其頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)：
② 當(dāng)頂板離層值△AC：
1 u + f ≤ ? ≤ 1 u + f
2 y 1 AC 2 y 2
時(shí)，頂板錨固巖層兩側(cè)出現(xiàn)斷裂，形成簡(jiǎn)支梁，但尚未出現(xiàn)整體下沉，巷道頂板處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；
③當(dāng)頂板離層值△AC：
? ≥ 1 u + f
AC 2 y 2
時(shí)，說(shuō)明頂板錨固巖層組成的梁兩側(cè)出現(xiàn)斷裂并已整體下沉, 頂板有隨時(shí)冒落的可能。
綜上所述, 可將頂板離層臨界值確定為:
第一臨界值：
?1 = 1 + = u
+ qB4
AC 2 uy
f x .m
1 x + 2u
32E'h3
0 x 1
第二臨界值：
?2 = 1 + = u
+ 5qB4
AC 2 uy f2
x .m
x + 2u
32E'h3
0 x 1
當(dāng)錨固區(qū)內(nèi)、外離層值之和大于第一臨界值時(shí), 應(yīng)安裝錨索等加強(qiáng)措施, 避免離層總量達(dá)到第二臨界。
?
4） 錯(cuò)固巖層內(nèi)離層臨界值的確定
0
錨固巖層內(nèi)的巖層離層臨界值可根據(jù)頂板錨桿延伸率確定。臨界值 BC
?
0
BC = h1.Ψ
式中Ψ ——頂板錨桿的延伸率。
當(dāng)錨固區(qū)內(nèi)的巖層離層值小于其臨界值時(shí), 說(shuō)明頂板錨桿沒(méi)有發(fā)生斷裂, 錨桿仍能提供較高的錨固力而發(fā)揮作用。當(dāng)該離層值超過(guò)其臨界值時(shí), 說(shuō)明頂板錨桿已發(fā)生斷
裂,
錨桿的錨固作用將大部分喪失。此時(shí)應(yīng)修改錨桿支護(hù)參數(shù), 如增大錨桿密度、提高錨
固力等。
5）描固區(qū)巖層載荷q 的確定
錨固巖層的載荷應(yīng)根據(jù)錨固范圍內(nèi)、外巖層的力學(xué)性質(zhì)考慮, 一般情況下考慮到離層指示儀的深部錨點(diǎn)位置。錨固巖層本身的
載荷q1 為:
q1 = ?1.h1
式中：
?1 ——錨固巖層的容重。
1
錨固區(qū)外巖層對(duì)錨固巖層的作用載荷(q2 ) 為：
1 1 1 1 2 2
=
(q )
E'h3 (? h + ? h )
1
2
1 1 2 2
式中：
E'h3 + E 'h3
E
'
1 ——錨固巖層的等效彈性模量；
E
h1 ——錨固巖層的高度；
'
2 ———錨固區(qū)以外頂板巖層的彈性模量；
?2 ——錨固區(qū)以外頂板巖層的容重；
h2 ——錨固區(qū)以外頂板巖層的高度。
若(q2 )1 ≤ q1 ，則以錨固巖層的載荷只取q1 ；若(q2 )1 ＞ q1 ，則錨固巖層的載荷應(yīng)取(q2 )1 。
回采巷道頂板錨固區(qū)外的離層臨界值由錨固深度和錨桿的延伸率確定，可按公式計(jì)算。
回采巷道錨桿支護(hù)的頂板離層臨界值可分為第一，第二臨界值，可由公式計(jì)算出。
2.2.5 離層臨界值受采動(dòng)影響
1 巷道受采動(dòng)影響后頂板離層臨界值的分析與計(jì)算
由于受采動(dòng)影響后錨桿錨固的直接頂組合體可視為簡(jiǎn)支梁，因而當(dāng)其與上覆巖層發(fā)生離層后，組合體僅受自重。如果忽略上覆巖層的變形量，組合體的極限離層量即相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁的最大撓度，安全情況下就是要保證頂板實(shí)際下沉量小于錨固組合體的最大撓度。
由此分析可知：可把受采動(dòng)影響后錨桿錨固的直接頂組合體抽象為高度為錨桿有效錨
固長(zhǎng)度，只受自重均布載荷的簡(jiǎn)支梁，力學(xué)分析模型如圖 2 所示：
x
B' B B'
L
y q = γ*h0
圖 2 簡(jiǎn)支梁應(yīng)變模型示意圖
由于巷道兩幫極限平衡區(qū)的存在，錨固組合體的主要支撐點(diǎn)將向煤體深部轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移量為B' 。
任意截面上的彎矩： M = qlx? qx2 ;
2 2
由撓曲線微分方程： EIw'' = M ，得：
EIw′′ = qlx? qx2
（1-1）
2 2
將（1-1）式兩邊積分得：
EIw′ = qlx2 ? qx3 + A
（1-2）
4 6
將（1-2）式兩邊積分得：
EIw= ql x3 ?
12
q x4 + Ax+ B
24
（1-3）
利用邊界條件： x = 0 時(shí)， w= 0 ;以及對(duì)稱(chēng)條件： x = l 時(shí)w′ = 0 。分別代入（1-3）（1-2）
2
得：
A= ? q l3 ； B = 0
24
即：
w= 1
EI
(ql x3 ?
12
q x4 ?
24
q l3 x) 24
（1-4）
（1-4）式即為簡(jiǎn)支梁任意截面位置離層量的計(jì)算公式。
將x = l 代入（1-4）式，得梁的最大變形量：
2
wmax
= w 1
x=
2
= ? 5q l4
384EI
（1-5）
其中： w為組合體的下沉量， m； E為錨固區(qū)內(nèi)巖層體的彈性模量，MPa； I 為組合體的慣性矩， m4 ；l為梁的跨度， m；
即：頂板最大離層值：
5q (B+ 2B' )4
wmax = ?
384EI
（1-6）
2 巷道受采動(dòng)影響前頂板離層臨界值的分析與計(jì)算：
由于受采動(dòng)影響前錨桿錨固的直接頂組合體可視為固支梁，因而當(dāng)其與上覆巖層發(fā)生離層后，組合體僅受自重。如果忽略上覆巖層的變形量，組合體的極限離層量即相當(dāng)于固支梁的最大撓度，安全情況下就是要保證頂板實(shí)際下沉量小于錨固組合體的最大撓度。
由此分析知：可把受采動(dòng)影響前錨桿錨固的直接頂組合體抽象為高度為錨桿有效錨固長(zhǎng)度，只受自重均布載荷的固支梁，力學(xué)分析模型如圖 3 所示：
y
q = γ*h0
x
B'
B B' L
圖 3 固支梁應(yīng)變模型示意圖
同樣由于巷道兩幫極限平衡區(qū)的存在，故錨固組合體的主要支撐點(diǎn)向煤體深部轉(zhuǎn)移， 轉(zhuǎn)移量為B' 。
利用平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件求出組合體兩端支反力，同上步驟計(jì)算得此時(shí)組合梁的最大變形量為：
wmax
x=
= w 1
2
= ? q l4
384EI
（1-7）
其中：w為組合體的下沉量，m；E為錨固區(qū)內(nèi)巖層體的彈性模量，MPa；I 為組合
體的慣性矩， m4 ；l為梁的跨度， m； 即：頂板最大離層值：
q (B+ 2B' )4
wmax = ?
384EI
（1-8）
其中： B' 的計(jì)算過(guò)程如下：
1
B2 + h2
根據(jù)巖石力學(xué)和極限平衡理論，巷道兩幫極限平衡區(qū)的半徑 R，以及其移入煤壁的深度B' 可按下式計(jì)算：
a = （1-9）
2
1?sin ?
R = ?(K1 *γ * H + K2 *Ccot?)(1 ? sin?) ? 2 sin ?
（1-10）
? P + K *C* cot? ?
? i 1 ?
B' = R? a
（1-11）
其中： R為極限平衡區(qū)的半徑， m； a為巷道的特征半徑，對(duì)于矩形巷道相當(dāng)于其外切圓半徑， m； H為巷道的埋深， m；C為煤的粘結(jié)力， MPa；?為煤的內(nèi)摩擦角， ? ；
Pi 為錨桿的支護(hù)阻力， KN ； B,h為巷道的寬度和高度， m； K1 為掘進(jìn)，采動(dòng)影響系數(shù)， 其取值范圍為 1.3~2.3； K2 為煤巖體力學(xué)參數(shù)修正系數(shù)，其取值范圍為 0.3~0.5；
2.2.6 巷道頂板離層臨界值實(shí)際計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
下面以中國(guó)蘭花股份有限責(zé)任公司大陽(yáng)煤礦 3203 綜放工作面為例計(jì)算巷道受采動(dòng)影響前后頂板的離層極限值，并與實(shí)際觀測(cè)值做比較：
已知條件： 巷道埋深 300 m ， 煤層的密度 1.3 t m3 ; 煤層厚度 3.3 m , 粘結(jié)力
C = 3.52MPa；內(nèi)摩擦角? = 30? ，煤層彈性模量為1.4 ×109 Pa；直接頂細(xì)砂巖密度 2.5t m3 ； 巷道斷面為矩形，寬 4.2 m,高 3 m;留設(shè)頂煤沿底板掘進(jìn)。錨桿支護(hù)參數(shù)為間排距均為
0.8 m,錨桿長(zhǎng) 2 m，采用100mm×100mm菱形金屬網(wǎng)。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上述公式得出：
(1) 受采動(dòng)影響前煤層巷道頂板最大離層量為 3mm;
(2) 受采動(dòng)影響后煤層巷道頂板最大離層量為 59mm;
查閱《中國(guó)蘭花集團(tuán)大陽(yáng)煤礦頂板觀測(cè)報(bào)告》：3203 綜放面回風(fēng)順槽受采動(dòng)影響前頂板的最大離層量為 9mm,受采動(dòng)影響后頂板的最大離層量為 51 mm。
由此分析得:將受采動(dòng)影響前的煤層巷道應(yīng)變模型簡(jiǎn)化為固支梁，將受采動(dòng)影響后的煤層巷道應(yīng)變模型簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁的力學(xué)模型較為合理。
3 頂板離層的監(jiān)測(cè)
對(duì)于錨桿支護(hù)巷道來(lái)說(shuō)，頂板離層則是最大的安全隱患。如果巷道頂板在錨桿錨固端以外出現(xiàn)離層時(shí)，當(dāng)巷道跨度很大時(shí)，其組合梁厚度相對(duì)較小，頂板所具有的抗折強(qiáng)度不能阻止組合梁的下沉，則容易發(fā)生垮落事故?；夭晒ぷ髅嬲；夭善陂g，在巷道頂板上每隔一定距離安裝一個(gè)頂板離層測(cè)點(diǎn)，并定期對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，據(jù)所觀測(cè)的數(shù)據(jù)判斷出在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)巷道頂板是否出現(xiàn)離層，離層量為多大，離層出現(xiàn)在什么位置，就會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，以便及早進(jìn)行防范。通過(guò)對(duì)巷道頂板離層的全程觀測(cè)，可以在回采期間對(duì)巷道頂板的安全狀況做出正確的判斷和進(jìn)行預(yù)報(bào)，另外通過(guò)頂板離層的監(jiān)測(cè)，還可以驗(yàn)證錨桿的支護(hù)質(zhì)量如何。圖1 則示出了在巷道頂板在錨桿錨固范圍以外發(fā)生了離層的現(xiàn)象。
3.1 監(jiān)測(cè)目的
（1）對(duì)頂板離層情況提供連續(xù)的直觀顯示，及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)的征兆，以避免冒頂事故的發(fā)生。
（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可作為修改、完善錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的依據(jù)之一。
（3）在錨桿巷道施工中，如發(fā)現(xiàn)某處頂板有較明變化或頂板離層指示儀顯示頂板離層值較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止巷道掘進(jìn)，對(duì)該處采取加打錨索加強(qiáng)支護(hù)。
3.2 頂板離層監(jiān)測(cè)原理及方法
頂板離層監(jiān)測(cè)是通過(guò)在巷道頂板安裝頂板離層指示儀實(shí)現(xiàn)的。煤巷頂板離層指示儀離層監(jiān)測(cè)深度3~5m，每米設(shè)置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)用縮脹木、倒棘爪或漲殼式塑料錨頭等制成， 圖2 所示為漲殼式塑料錨頭頂板離層指示儀，這種頂板離層指示儀具有安裝方便、操作簡(jiǎn)單、讀數(shù)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
具體安裝方法為，在巷道的頂板中央，向上垂直于頂板鉆一個(gè)直徑42mm，深3000mm 鉆孔，然后用專(zhuān)用安裝裝置將測(cè)點(diǎn)分別固定于孔中的3m、2m 和1m 深處，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都用測(cè)桿引出至孔口處，測(cè)桿外露長(zhǎng)度約180～200mm，每個(gè)測(cè)點(diǎn)之間要用隔離架將測(cè)點(diǎn)分開(kāi)， 在孔口處安裝一個(gè)測(cè)點(diǎn)引出套。由于測(cè)點(diǎn)引出套和巷道頂板表面同時(shí)運(yùn)動(dòng)，因而引出套的下孔口平面即作為測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。
以 SMLC-3 型離層指示儀為例，最大監(jiān)測(cè)深度為3m，共有3 個(gè)測(cè)點(diǎn)。分別固定在鉆孔的1m、2m和3m 深處，所以利用觀測(cè)數(shù)據(jù)可以判斷出0～1m間，1～2m，和2～3m間哪一段發(fā)生了離層及離層量的大小。
從圖 3 中可以看出，頂板離層指示儀安裝完畢后，測(cè)點(diǎn)引出套下孔口到各測(cè)點(diǎn)的距離L1、L2、L3是定值，當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)下沉?xí)r，如果巷道頂板表面的下沉量和各測(cè)點(diǎn)下沉量不一致時(shí)，則到各測(cè)點(diǎn)之間距離就會(huì)伸長(zhǎng)，即L1、L2、L3值增大，其增大值即為兩點(diǎn)間巖層的離層量。由于L1、L2、L3在實(shí)測(cè)過(guò)程中不能直接量取，所以在實(shí)際測(cè)量中測(cè)桿引
出頭到測(cè)點(diǎn)引出套之間的距離l1、l2 和l3的變化來(lái)反映L1、L2、L3 的伸長(zhǎng)量。如要想求出巷道頂板點(diǎn)到測(cè)點(diǎn)間的離層量△l1，則△l1=l1-li，即為兩次測(cè)量時(shí)間段內(nèi)巷道頂板表面至1m測(cè)點(diǎn)間L1的伸長(zhǎng)量，那么，△l2=l2-l′2 為巷道頂板至2m 測(cè)點(diǎn)間L2的伸長(zhǎng)量，
△l3=l3-l′3 為巷道頂板表面點(diǎn)至3 m 測(cè)點(diǎn)間的L3 伸長(zhǎng)量。
△li 的變化量只能反映出巷道頂板表面分別與1m 測(cè)點(diǎn)、2m 測(cè)間和3m測(cè)點(diǎn)間的變化量，要想只到具體離層地點(diǎn)，還需經(jīng)過(guò)計(jì)算判斷出。由于頂板在實(shí)際下沉中，頂板表面點(diǎn)與其深部各測(cè)點(diǎn)下沉量的關(guān)系為△S>△S1>△S2>△S3(△S1、△S2、△S3 分別為1m 測(cè)點(diǎn)， 2m 測(cè)點(diǎn)和3m 測(cè)點(diǎn)的下沉量)所以在實(shí)際測(cè)量中，l1、l2 與l3 的關(guān)系必然為△l1＜△l2＜
△l3。如果：△l1>0，則說(shuō)明巷道頂板表面與測(cè)點(diǎn)1 之間有離層出現(xiàn)，其差值即為離層量。
如果：△l2-△l1>0，則說(shuō)明測(cè)點(diǎn)2 與測(cè)點(diǎn)1 之間即1m 點(diǎn)與2m 點(diǎn)之間有離層出現(xiàn)， 其差值即為離層量，如果：△l3-△l2>0，則說(shuō)明2m 測(cè)點(diǎn)與3m測(cè)點(diǎn)間有離層，其差值即為離層量。所以，通過(guò)以上計(jì)算，用△l1 是否大于0，判斷出頂板至1m點(diǎn)間離層；△l2-△l1 是否大于0，判斷出1m 點(diǎn)至2m 點(diǎn)間離層量；△l3-△l2是否大于0，判斷出2m點(diǎn)到3m 點(diǎn)間是否出現(xiàn)離層。
3.3 頂板離層監(jiān)測(cè)實(shí)例
沙曲礦 14204 工作面為一傾向長(zhǎng)壁工作面, 為南二采區(qū)第四個(gè)工作面, 南北兩面為未準(zhǔn)備區(qū), 東至南二采區(qū)集中軌道巷, 西至貫頭村保安煤柱線。工作面設(shè)計(jì)為一進(jìn)兩回, 順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng) 1 06
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