巷道蝶葉塑性區(qū)頂板冒落特征與層次支護(hù)研究*

賈后省，李國盛，翁海龍，吉　祥

(1.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2. 煤炭安全生產(chǎn)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454003；3.神華神東煤炭集團(tuán)保德煤礦，山西 保德 036600)

0　引言

隨著煤礦開采條件的日趨惡劣，現(xiàn)場實(shí)際中一些埋深大、受采動影響、構(gòu)造帶附近等非等壓應(yīng)力環(huán)境條件下的巷道，其圍巖塑性區(qū)普遍出現(xiàn)異化現(xiàn)象，塑性區(qū)邊界不再是傳統(tǒng)理論所認(rèn)為的圓形、橢圓形，而是呈現(xiàn)蝶葉形特征[1-5]。巷道圍巖塑性區(qū)形態(tài)為圓形或橢圓形特征時，頂板破壞深度相對較小，頂板控制難度亦不大；當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)蝶葉塑性區(qū)時，頂板塑性破壞深度一般較大，這種大范圍的塑性破壞普遍伴有巨大的膨脹壓力和強(qiáng)烈變形，支護(hù)難度極大，采用常規(guī)單一或簡單層次的支護(hù)難以對此類巷道的冒頂形成有效控制，需要結(jié)合這種高破裂深度巷道的冒頂機(jī)理，提出針對性頂板控制方法。

針對這種高破裂深度、變形劇烈的巷道頂板圍巖控制，現(xiàn)有理論和技術(shù)研究多是圍繞頂板整體分析其穩(wěn)定性控制要素，并提出了行之有效的支護(hù)理論與技術(shù)。馬念杰等[4-5]研究分析了深部采動巷道的圍巖穩(wěn)定性，認(rèn)為采動應(yīng)力方向決定了圍巖最大破壞深度的位置，當(dāng)最大破壞深度處于頂板方向時，巷道冒頂隱患程度最大，需要支護(hù)體具備足夠的長度和延伸性能；王衛(wèi)軍等[3，6-7]認(rèn)為巷道圍巖支護(hù)理念應(yīng)由變形控制向穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)變，確保巷道圍巖均勻、協(xié)調(diào)變形，消除冒頂與片幫等不安全隱患，增強(qiáng)巷道圍巖整體性與穩(wěn)定性，并采用“可接長錨桿+ 剛性長螺紋鋼錨桿+ 錨網(wǎng)+ W 鋼帶+ 噴射混凝土”綜合控制技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得了顯著的控制效果；劉洪濤等[8-10]提出了基于層狀巖體巷道頂板穩(wěn)定巖層識別的支護(hù)設(shè)計方法，認(rèn)為穩(wěn)定巖層是頂板破裂的上邊界，錨桿(索)錨固于穩(wěn)定巖層是消除巷道冒頂?shù)年P(guān)鍵；J. P. Li等[11-14]提出了以錨索桁架為主導(dǎo)的多組合支護(hù)系統(tǒng)新方法，以實(shí)現(xiàn)大斷面巷道頂板穩(wěn)定性控制。

本文根據(jù)非等壓應(yīng)力場條件下蝶葉塑性區(qū)巷道不同層位頂板的破壞特征進(jìn)行針對性研究，分析了巷道不同層位頂板的控制要點(diǎn)，提出了頂板層次支護(hù)方法，對于非等壓應(yīng)力場條件下巷道圍巖控制具有借鑒意義。

1　巷道不同層位頂板冒落特征

巷道冒頂實(shí)質(zhì)上是由巷道頂板的大范圍塑性破壞引起的，現(xiàn)場實(shí)際中，一些埋深大、受采動影響、構(gòu)造帶附近等非等壓應(yīng)力環(huán)境條件下的巷道，雙向壓力比值較大，其圍巖塑性區(qū)普遍具有蝶葉分布特征，同時主應(yīng)力方向一般不是規(guī)則的垂直水平方向，主應(yīng)力方向偏轉(zhuǎn)程度普遍較大，致使蝶葉向巷道頂板上方偏轉(zhuǎn)[1-5,15]。偏轉(zhuǎn)后的蝶葉塑性區(qū)會造成頂板破裂深度較大，如圖1(a)所示，建立了均質(zhì)巖體平面模型，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，蝶葉塑性區(qū)會隨著主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)發(fā)生同等角度的偏轉(zhuǎn)，圖1(b)～(d)為矩形巷道圍巖蝶葉塑性區(qū)形態(tài)與主應(yīng)力方向關(guān)系的數(shù)值模擬結(jié)果，其中β為最大主應(yīng)力的偏轉(zhuǎn)角度。不難看出，當(dāng)?shù)~塑性區(qū)位于頂板正上方時，頂板破裂深度最大，冒頂隱患程度也就越大。

(H=800 m，r=2.5 m，C=3 MPa，φ=25°，λ=3.0)圖1　矩形巷道圍巖蝶葉塑性區(qū)的方向性Fig.1　Relationship between butterfly plastic zone shape and main stress orientation in surrounding rock of rectangular roadway

蝶葉塑性區(qū)圍巖破壞嚴(yán)重且伴有強(qiáng)烈的變形壓力，當(dāng)支護(hù)不能保證蝶葉塑性區(qū)圍巖穩(wěn)定時，其頂板蝶葉塑性區(qū)圍巖便發(fā)生冒落，因此，蝶葉位于巷道頂板上方時，最容易發(fā)生冒頂事故，如圖2所示。這種巷道頂板中部蝶葉塑性區(qū)圍巖是引發(fā)巷道冒頂?shù)淖钪饕颍彩窍锏烂绊斂刂频闹饕獙ο蟆?/p>

圖2　巷道頂板蝶葉塑性區(qū)圍巖冒落示意Fig.2　Schematic of roof fall in surrounding rock of roadway butterfly plastic zone

由于巷道頂板蝶葉塑性區(qū)形成過程中伴隨著劇烈的變形，造成頂板淺部圍巖破碎較為嚴(yán)重，加之，巖性突變或者小型構(gòu)造存在導(dǎo)致的頂板小范圍連續(xù)性破壞，如果在這種情況下，出現(xiàn)淺部頂板支護(hù)整體錨固力或支護(hù)密度較小，頂板將會出現(xiàn)“網(wǎng)兜”、漏頂或小型冒頂?shù)碾[患。

另外，巷道掘進(jìn)過程中，如果遇到斷層破碎帶、應(yīng)力異常區(qū)、大型鍋底矸等圍巖異常變化區(qū)情況，這類異常區(qū)域具有一定的隱蔽性，識別難度亦較大，這類圍巖的穩(wěn)定性務(wù)必在第一時間進(jìn)行控制，需要大范圍的錨固，以避免巷道掘進(jìn)過程中的深部層位頂板大范圍垮塌。

綜上分析，巷道圍巖塑性區(qū)呈現(xiàn)蝶葉形態(tài)，且蝶葉一般會朝頂板偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致頂板破裂深度較大，頂板變形也相應(yīng)劇烈，采用常規(guī)單一層次的頂板支護(hù)難以對冒頂進(jìn)行有效控制，以回采巷道普遍采用的“錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)形式為例，當(dāng)巷道處于圍巖變形量較小的掘進(jìn)影響階段時，支護(hù)尚能滿足要求，但是當(dāng)巷道處于圍巖變形劇烈的釆動影響階段時，時常出現(xiàn)因常規(guī)錨索延伸性能不足(其延伸率僅為3%左右)而導(dǎo)致的錨索破斷現(xiàn)象，極易引發(fā)巷道冒頂。因此，這類蝶葉塑性區(qū)巷道需要根據(jù)不同層位頂板的破壞特征進(jìn)行針對性、多層次的支護(hù)，杜絕巷道冒頂，避免不必要的翻修、補(bǔ)強(qiáng)。

2　巷道頂板層次支護(hù)方法

2.1　淺部層位破碎頂板控制

巷道淺部頂板受塑性區(qū)圍巖膨脹、變形的影響，其最典型的特征就是破碎程度較大，因此，巷道淺部頂板圍巖的控制關(guān)鍵在于足夠的錨桿支護(hù)密度防止頂板小型冒頂，并配以合適的輔助材料防止破碎巖塊掉落。具體支護(hù)設(shè)計時，輔助支護(hù)材料應(yīng)能將破碎的頂板“兜吊”住，主要防止0.5 m范圍內(nèi)表層頂板碎巖掉落，高密度普通長度錨桿控制1.5～2.0 m范圍內(nèi)的淺部頂板小型冒頂與局部漏頂。

2.2　中部層位塑性區(qū)頂板控制

當(dāng)巷道頂板塑性區(qū)呈蝶葉形態(tài)時，其頂板破壞深度與變形普遍較大，普通短錨桿由于長度限制，不能錨固到塑性區(qū)以外的穩(wěn)定巖層，無法對塑性區(qū)圍巖進(jìn)行整體控制，而常規(guī)錨索雖然長度可設(shè)，但是延伸性能較差(延伸率僅為3%左右)，無法適應(yīng)巷道頂板蝶葉塑性區(qū)形成所伴隨的大變形。因此，這種中部層位頂板蝶葉塑性區(qū)圍巖是此類巷道冒頂控制的核心，需要科學(xué)經(jīng)濟(jì)的支護(hù)強(qiáng)度與針對性的支護(hù)形式。

2.2.1頂板變形破壞與支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系

非等壓應(yīng)力環(huán)境下頂板變形破壞與支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系計算極為復(fù)雜，為了說明一般規(guī)律，利用經(jīng)典的理想彈塑性分析模型進(jìn)行簡要分析。巷道圍巖塑性區(qū)半徑與支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系為[15]：

(1)

巷道圍巖位移與支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系為：

(2)

其中：

(3)

(4)

式中：φ為巷道圍巖力學(xué)參數(shù)包括圍巖內(nèi)摩擦角，(°)；C為圍巖的黏聚力，MPa；E為彈性模量，GPa；σc為單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；η為擴(kuò)容梯度；P0為巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境參數(shù)包括原巖應(yīng)力，MPa；Pi為支護(hù)阻力；μ為泊松比；up為巷道圍巖位移；K為側(cè)壓系數(shù)；R為巷道圍巖塑性區(qū)半徑；B0為支護(hù)強(qiáng)度；R0為圓形巷道半徑。

由公式(1)和公式(2)可繪出圍巖塑性區(qū)半徑、變形量隨支護(hù)強(qiáng)度的變化曲線，如圖3所示，現(xiàn)有支護(hù)強(qiáng)度水平范圍內(nèi)，圍巖的變形可控性不強(qiáng)，以圍巖變形量計算為例，支護(hù)強(qiáng)度從0.2 MPa升至0.8 MPa，圍巖變形量僅降低5%～15%。

因此，對于中部層位塑性區(qū)頂板控制，采用高強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)力控制是很難實(shí)現(xiàn)的。圖4神東煤炭公司保德礦(該礦主采8#煤層，埋深400 m左右)81306一號回風(fēng)順槽、二號回風(fēng)順槽現(xiàn)場照片，這2條巷道經(jīng)受2次采動影響，受采動影響后，即便巷道支護(hù)大量采用高強(qiáng)錨索，強(qiáng)度達(dá)到了0.67 MPa，平均支護(hù)成本超過6 000元/m，巷道頂板依然下沉較大，平均頂板下沉量達(dá)到500 mm以上，支護(hù)維護(hù)困難。

(r=2.5 m; E=4 000 MPa; σc=40 MPa;μ=0.15; c=4.0 MPa; φ=25°; η=2)圖3　支護(hù)強(qiáng)度與圍巖變形破壞的關(guān)系曲線Fig.3　Curves of roadway deformation vs support capacity

圖4　保德礦工作面回采巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈Fig. 4　The acute strata behaviors in mining face roadway of Baode Coal Mine

2.2.2中部層位頂板控制原理與技術(shù)

以上理論分析與現(xiàn)場試驗(yàn)表明，這種巷道頂板蝶葉塑性區(qū)破壞以及破壞過程中產(chǎn)生的變形可控性較差，高強(qiáng)度支護(hù)手段控制頂板變形效果不明顯。因此這種巷道中部頂板控制對支護(hù)體有特殊要求，一方面巷道中部層位頂板塑性區(qū)尺寸較大，塑性破壞深度可達(dá)3～4 m，需要長度達(dá)到4～5 m的支護(hù)材料；另一方面巷道頂板變形量都很大，一般都在300 mm以上，需要一種與圍巖大變形特征相適應(yīng)的具有高延伸性能的支護(hù)材料，在圍巖變形過程中不破斷，并持續(xù)提供較高的支護(hù)強(qiáng)度，避免圍巖塑性區(qū)惡性擴(kuò)展。

據(jù)此，采用接長錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行中部層位頂板塑性區(qū)圍巖的穩(wěn)定性控制。接長錨桿[4-5,16]采用圖5所示內(nèi)螺紋連接結(jié)構(gòu)，在敦粗部位的桿體進(jìn)行內(nèi)螺紋加工操作，配合強(qiáng)度遠(yuǎn)大于本身強(qiáng)度的絲柱連接，使得錨桿整體處于等強(qiáng)狀態(tài)，同時便于安裝，呈現(xiàn)較好的支護(hù)適應(yīng)性。

圖5　接長錨桿專用接頭Fig.5　Special joint of lengthening bolt

圖6為接長錨桿實(shí)驗(yàn)室和井下巷道的拉伸試驗(yàn)結(jié)果[16]，φ20×5 000 mm接長錨桿、φ17.8×5 000 mm錨索2種支護(hù)材料的實(shí)驗(yàn)室延伸試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果顯示，5 000 mm的φ17.8錨索的延伸率為3.24%，5000 mm的φ20接長錨桿延伸率為16.14%，為錨索的將近5倍，其最大延伸長度將達(dá)到807 mm，且錨桿拉伸過程中，支護(hù)力穩(wěn)定在150～170 kN。采用大量程錨桿拉拔機(jī)進(jìn)行井下拉伸φ20×5 000 mm接長錨桿試驗(yàn)，與實(shí)驗(yàn)室拉拔結(jié)果基本相同?？梢酝茢啵娱L錨桿可很好地與圍巖協(xié)調(diào)變形，進(jìn)而有效維持頂板蝶葉塑性區(qū)圍巖穩(wěn)定。

圖6　錨索與接長錨桿拉伸試驗(yàn)曲線Fig.6　Tensile test curves of cable bolt and lengthening bolt

2.3　異常區(qū)深部層位頂板控制

當(dāng)巷道處于斷層破碎帶、應(yīng)力異常區(qū)、大型鍋底矸等圍巖異常變化區(qū)域時，其頂板破壞范圍將難以確定，極易出現(xiàn)頂板的大范圍垮塌隱患，需采用更長的支護(hù)材料加以控制，且這種垮塌隱患一般在巷道掘進(jìn)時就顯現(xiàn)出來，如圖7所示。這種頂板大范圍垮塌的可能性很小，但是具有較高的隱蔽性，現(xiàn)在很難及時采用有效的針對性措施。此時頂板破碎可認(rèn)為處于散碎巖體狀態(tài)，根據(jù)自然冒落拱理論，錨索錨固范圍不足以控制冒落拱區(qū)域破碎巖石時，則會出現(xiàn)深部層位頂板大范圍垮塌的隱患，此時：

(5)

b=a+H·tanθ

(6)

(7)

式中:l2為錨桿(索)的有效長度，m；h0為普氏冒落拱高度，m；H為巷道高度，m；a為巷道半徑，m；b為冒落拱滑動楔形半寬，m；θ為冒落拱滑動楔形角度；θf為巖(煤)體的內(nèi)摩擦角；k為安全系數(shù)。

錨索支護(hù)力不足以懸吊冒落拱區(qū)域破碎巖石重量時，亦會出現(xiàn)頂板大范圍垮塌的隱患，此時：

(8)

式中:P為錨索的支護(hù)強(qiáng)度，MPa；N為錨索承載力，kN；S1，S2為錨索間距、排距，m；γ為巖石容重，kN/m3。

圖7　巷道掘進(jìn)時深部層位頂板異常區(qū)控制示意Fig.7　Schematic of anomalous area control of deeplayer roof with the roadway driving

為了避免深部層位頂板大面積垮塌的情況出現(xiàn)，就要保證有較大的支護(hù)力和錨固范圍，而這最有效的途徑就是利用高強(qiáng)度長錨索進(jìn)行控制。在圍巖大變形條件下，錨索錨固失效前，其足夠的支護(hù)力也可對塑性區(qū)圍巖再次加強(qiáng)支護(hù)，同時，長錨索施工應(yīng)盡量緊跟掘進(jìn)工作面進(jìn)行，按照懸吊理論以及公式(5)～(8)所屬的失穩(wěn)條件，要實(shí)現(xiàn)避免深部層位頂板大面積垮塌，需滿足以下條件：

(9)

(10)

綜合以上分析，形成了以冒頂控制為主的蝶葉塑性區(qū)巷道層次支護(hù)方法：輔助支護(hù)材料防止0.5 m范圍內(nèi)表層頂板碎巖掉落；普通長度錨桿采用較高密度布置控制1.5～2.0 m范圍內(nèi)淺部頂板危巖掉落；接長錨桿維護(hù)3.0～4.0 m范圍內(nèi)蝶葉塑性區(qū)內(nèi)圍巖整體穩(wěn)定，避免塑性區(qū)圍巖惡性失穩(wěn)；掘進(jìn)時第一時間采用長錨索控制頂板大面積失穩(wěn)垮塌，同時蝶葉塑性區(qū)內(nèi)圍巖形成再次補(bǔ)強(qiáng)。圖8為巷道頂板層次支護(hù)原理示意圖。

圖8　蝶葉塑性區(qū)巷道頂板層次支護(hù)原理示意Fig.8　Schematic of multi-level support of roadway in partial high stress environment

3　現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1　試驗(yàn)巷道頂板結(jié)構(gòu)與蝶葉塑性破壞形態(tài)

現(xiàn)場試驗(yàn)選取保德礦81306工作面一號、二號回風(fēng)順槽進(jìn)行，由于該礦回采巷道為“三巷布置”，一號回風(fēng)順槽距離工作面42 m，二號回風(fēng)順槽距離工作面25 m，2條回風(fēng)順槽均受2次采動影響。2條巷道埋深400 m左右，其頂板存在一定厚度的頂煤，位于頂煤之上的泥巖薄層和砂質(zhì)泥巖的厚度為4～7 m。

釆動影響期間，巷道周邊圍巖會出現(xiàn)較大程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，致使巷道周邊圍巖雙向壓力比值較大，呈現(xiàn)典型的雙向不等壓應(yīng)力環(huán)境特點(diǎn)，且主應(yīng)力方向勢必發(fā)生偏轉(zhuǎn)，保德礦81306工作面一號、二號回風(fēng)順槽圍巖塑性區(qū)勢必出現(xiàn)蝶葉方向朝向頂板上方的蝶葉分布，圖9為81305二號回風(fēng)順槽通過鉆孔窺視所得的頂板塑性破壞區(qū)實(shí)測結(jié)果，由于巷道圍巖為層狀巖體結(jié)構(gòu)，其塑性區(qū)形態(tài)為不規(guī)則蝶葉形，頂板破裂區(qū)主要分布在煤層內(nèi)部與煤層上部的泥巖層2個區(qū)域內(nèi)，最大破壞深度發(fā)生距離負(fù)幫側(cè)約1.2 m的頂板中部，達(dá)到4 318 mm。

圖9　81305二號回風(fēng)順槽頂板塑性破壞區(qū)實(shí)測結(jié)果Fig.9　Test results of roof plastic damage zone in No.2 tailgate of 81305 tailgate

3.2　試驗(yàn)方案與支護(hù)參數(shù)設(shè)計與應(yīng)用效果

試驗(yàn)巷道層次支護(hù)方案如表1所示，巷道掘進(jìn)期間，支護(hù)參數(shù)為：2根φ17.8×6 500 mm錨索/m和4根φ20×2 200 mm錨桿/m，輔助材料選擇1 200×4 700 mm鋼筋骨架鉛絲網(wǎng)。根據(jù)頂板塑性破壞深度實(shí)測結(jié)果，巷道最大塑性區(qū)破壞深度達(dá)到4.3 m，釆動影響前，巷道頂板補(bǔ)打4根φ20×5 000 mm長錨桿，以控制塑性區(qū)內(nèi)圍巖的冒落。試驗(yàn)巷道長度200 m，分2段布置，每段100 m，2段試驗(yàn)巷道間隔200 m。

在巷道一次釆動之后、二次釆動之前、頂板變形趨于穩(wěn)定時，對變形量較大的81306二號回風(fēng)順槽進(jìn)行了巷道頂板下沉量統(tǒng)計，如圖10所示，頂板的最大下沉量為1 200 mm，最小下沉量為200 mm，平均下沉量為630 mm。

表1　試驗(yàn)巷道支護(hù)方案及參數(shù)Table 1　Supporting programs and parameters in test roadway

圖10　試驗(yàn)巷道頂板下沉監(jiān)測統(tǒng)計Fig.10　Monitor statistics of roof subsidence in test roadway

為掌握接長錨桿的工作狀態(tài)，采用錨桿支護(hù)力監(jiān)測儀對接長錨桿試驗(yàn)區(qū)段進(jìn)行接長錨桿支護(hù)力監(jiān)測，在試驗(yàn)段以相等間隔距離布設(shè)6組測站(每組測站設(shè)3個錨桿拉力傳感器)，由于每排有4根接長錨桿，3個錨桿拉力傳感器隨機(jī)監(jiān)測其中的3根，記錄接長錨桿在采動影響期間巷道頂板支護(hù)力情況，接長錨桿平均支護(hù)阻力統(tǒng)計結(jié)果如圖11所示。統(tǒng)計結(jié)果表明：接長錨桿達(dá)到了應(yīng)有的工作狀態(tài)，統(tǒng)計接長錨桿破斷率僅為3%，呈現(xiàn)了較好的支護(hù)穩(wěn)定性。

圖11　試驗(yàn)巷道接長錨桿支護(hù)力監(jiān)測統(tǒng)計Fig.11　Monitor statistics of lengthening support force in test roadway

工程試驗(yàn)結(jié)果表明，采用接長錨桿這種可與頂板協(xié)調(diào)變形的支護(hù)技術(shù)，可持續(xù)提供較高支護(hù)阻力抑制巷道圍巖塑性區(qū)惡性擴(kuò)展，以有效維護(hù)塑性區(qū)范圍內(nèi)松動圍巖穩(wěn)定，防止巷道頂板蝶葉塑性區(qū)圍巖冒落，同時，輔助材料支護(hù)對表層頂板的控制、高密度短錨桿對淺部頂板的控制以及掘進(jìn)期間長錨索(原支護(hù)Ф17.8 mm錨索)控制深部頂板大范圍垮塌的控制均是有效的，可以說以冒頂控制為主的蝶葉塑性區(qū)巷道頂板層次支護(hù)體系是可靠的。

4　結(jié)論

1)非等壓應(yīng)力場環(huán)境下的巷道圍巖塑性區(qū)普遍具有蝶葉特征，其塑性區(qū)蝶葉一般會朝頂板偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致頂板破裂深度較大，頂板變形也相應(yīng)劇烈，淺部頂板破碎程度亦較大，采用常規(guī)單一層次的頂板支護(hù)難以對冒頂進(jìn)行有效控制，需要根據(jù)不同層位頂板的破壞特征進(jìn)行針對性、多層次的支護(hù)，以維護(hù)巷道整體穩(wěn)定。

2)形成了以冒頂控制為主的蝶葉塑性區(qū)巷道頂板層次支護(hù)體系：輔助支護(hù)材料防止0.5 m范圍內(nèi)表層頂板碎巖掉落；普通長度錨桿采用較高密度布置控制1.5～2.0 m范圍內(nèi)淺部頂板危巖掉落；接長錨桿維護(hù)3.0～4.0 m范圍內(nèi)蝶葉塑性區(qū)內(nèi)圍巖整體穩(wěn)定，避免塑性區(qū)圍巖惡性失穩(wěn)；掘進(jìn)時第一時間采用長錨索控制頂板大面積失穩(wěn)垮塌，同時蝶葉塑性區(qū)內(nèi)圍巖形成再次控制。

3)保德礦回采巷道頂板下沉量與接長錨桿支護(hù)力監(jiān)測結(jié)果表明：頂板劇烈變形過程中，接長錨桿支護(hù)力穩(wěn)定且?guī)缀跷闯霈F(xiàn)破斷現(xiàn)象，有效維護(hù)了中部層位頂板蝶葉塑性區(qū)的穩(wěn)定，同時，掘進(jìn)時期的輔助材料支護(hù)、普通錨桿支護(hù)、長錨索支護(hù)也有效保證了表層、淺部及深部層位頂板的穩(wěn)定，以冒頂控制為主的巷道頂板層次支護(hù)體系較好的保障了巷道頂板穩(wěn)定。

[1]馬念杰,李季,趙志強(qiáng).圓形巷道圍巖偏應(yīng)力場及塑性區(qū)分布規(guī)律研究[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,2(44):206-213.

MA Nianjie, LI Ji, ZHAO Zhiqiang. Distribution of the deviatoric stress field and plastic zone in circular roadway surrounding rock[J]. Journal of China University of Mining & Technology,2015,2(44):206-213.

[2]郭曉菲，馬念杰，趙希棟，等．圓形巷道圍巖塑性區(qū)的一般形態(tài)及其判定準(zhǔn)則[J]．煤炭學(xué)報,2016,41(8):1871-1877.

GUO Xiaofei,MA Nianjie,ZHAO Xidong, et al. General shapes and criterion for surrounding rock mass plastic zone of round roadway[J].Journal of China Coal Society, 2016, 41(8): 1871-1877.

[3]王衛(wèi)軍,郭罡業(yè),朱永建,等.高應(yīng)力軟巖巷道圍巖塑性區(qū)惡性擴(kuò)展過程及其控制[J].煤炭學(xué)報,2015,40(12):2747-2754.

WANG Weijun，GUO Gangye，ZHU Yongjian，et al．Malignant development process of plastic zone and control technology of high stress and soft rock roadway[J]．Journal of China Coal Society，2015，40(12): 2747-2754.

[4]趙志強(qiáng).大變形回采巷道圍巖變形破壞機(jī)理與控制方法研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)(北京),2014.

[5]馬念杰,趙希棟,趙志強(qiáng),等.深部采動巷道頂板穩(wěn)定性分析與控制[J].煤炭學(xué)報,2015,40(10):2287-2295.

MA Nianjie，ZHAO Xidong，ZHAO Zhiqiang，et al．Stability analysis and control technology of mine roadway roof in deep mining[J]．Journal of China Coal Society， 2015， 40(10) : 2287-2295.

[6]王衛(wèi)軍,袁超,余偉健,等.深部大變形巷道圍巖穩(wěn)定性控制方法研究[J].煤炭學(xué)報,2016,41(12):2921-2931.

WANG Weijun，YUAN Chao，YU Weijian，et al． Stability control method of surrounding rock in deep roadway with large deformation[J]． Journal of China Coal Society，2016，41(12):2921-2931．

[7]袁越,王衛(wèi)軍,袁超,等. 深部礦井動壓回采巷道圍巖大變形破壞機(jī)理[J]. 煤炭學(xué)報,2016,41(12):2940-2950.

YUAN Yue，WANG Weijun，YUAN Chao，et al. Large deformation failure mechanism of surrounding rock for gateroad under dynamic pressure in deep coal mine[J]． Journal of China Coal Society，2016，41(12):2940-2950．

[8]劉洪濤,馬念杰.煤礦巷道冒頂高風(fēng)險區(qū)域識別技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2011，12(36)：2043-2047.

LIU Hongtao，MA Nianjie. Coal mine roadway roof caving high risk areas recognition technology[J]. Journal of China Coal Society，2011，12(36)：2043-2047.

[9]劉洪濤,馬念杰,李季,等.頂板淺部裂隙通道演化規(guī)律與分布特征[J].煤炭學(xué)報,2012，9(37)：1451-1455.

LIU Hongtao，MA Nianjie，LI Ji，et al. Evolution and distribution characteristics of roof shallow fissure channel[J]. Journal of China Coal Society，2012，9(37)：1451-1455.

[10]朱永建,馮濤.錨桿支護(hù)超長煤巷頂板穩(wěn)定性動態(tài)分類研究[J].煤炭學(xué)報,2012，37(4)：565-570.

ZHU Yongjian，F(xiàn)ENG Tao. Research on dynamic stability classification of bolt support forsuper-long coal roadway roof[J]. Journal of China Coal Society，2012，37(4)：565-570.

[11]LI J P，HE F L，YAH H，et al. The caving and sliding control of surrounding rocks on large coal roadways affected by abutment press[J]. Safety Science，2012，50(4)：773-777.

[12]M. 鮑萊茨基，M. 胡戴克. 礦山巖體力學(xué)[M]. 于振海，劉天泉譯. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1985：29-36.

[13]趙洪亮,姚精明,何富連,等.大斷面煤巷預(yù)應(yīng)力桁架錨索的理論與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報,2007，32(10)：1061-1065.

ZHAO Hongliang，YAO Jingming，HE Fulian，et al. Application of prestress truss cable in large cross section coal roadway[J]. Journal of China Coal Society，2007，32(10)：1061-1065.

[14]Zhang Hualei, Cao Jianjun, Tu Min. Floor stress evolution laws and its effect on stability of floor roadway[J]. International Journal of Mining Science and Technology, 2013,23(5):631-636.

[15]侯朝炯. 巷道圍巖控制[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2013．

[16]賈后省,喬安震,江文淵. 布爾臺礦采動巷道頂板變形破壞特征與支護(hù)技術(shù)研究[J]. 河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,35(3):338-344.

JIA Housheng, QIAO Anzhen, JIANG Wenyuan. Deformation-failure characteristics and supporting method of mining tunnel roof in Buertai mine[J]. Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2016,35(3):338-344.