中文摘要：

当煤层巷道顶板富水时，受巷道开挖和支护等工程扰动影响产生的顶板失水对巷道锚杆支护工程的危害极大，由此带来的安全支护技术问题在煤矿中大量存在。本研究以煤层巷道典型的砂岩含水顶板稳定性控制的工程问题为对象，对砂岩风化和膨胀、砂岩失水的时间效应、失水过程中围岩物理力学性质弱化规律等进行实验研究；对含水砂岩顶板失水破坏特征、发展规律和模式、失水过程中锚杆（索）粘结性能降低等规律进行实测研究；对顶板锚固结构在失水过程中破坏的基本矿压显现规律和煤巷顶板的稳定性变化特点综合进行物理模拟和数值计算研究；并通过理论分析，揭示工程扰动下顶板失水失稳机理，建立顶板锚固结构失稳的预测预报判据，分析提出控制顶板失水进程、削弱其影响、强化岩体锚固效果、实现顶板稳定的动态过程控制技术原理和综合控制技术体系。这对水患条件下煤巷锚杆支护和顶板安全控制具有重要的科学与工程意义。

结论摘要：

针对典型的富水巷道顶板条件，对富水巷道顶板的岩层矿物组分、微结构特征，及其软弱岩层的物理性质弱化规律、不同含水状态下含水砂岩强度损伤特征，以及含水砂岩的分类进行了系统研究，发现富水巷道顶板岩层富含粘土矿物且粒间孔隙较为发育、连通性好，遇水后强度降低，这是富水巷道顶板围岩强度弱化的内在影响因素。应用弹塑性理论的基本知识，对富水圆形巷道在无支护、锚杆支护下围岩塑性区半径和位移进行了理论研究，发现水作用下巷道塑性区半径及位移较无水状态下增大，并分析得到了富水巷道塑性区半径和位移与原岩应力、支护强度、原始渗透水压力、有效水压力系数以及内聚力之间的变化规律。现场钻孔探测与COMSOL3.5a多场耦合数值模拟相结合，详细研究了顶板强度弱化规律，发现水作用下富水巷道顶板裂隙在掘进稳定期间仍在扩展发育，且顶板下沉量随着岩石含水率增加而逐渐变大，从而揭示了富水巷道顶板强度弱化的基本原理和规律。