寺家庄矿沿空巷道巷帮煤体承载特征及非对称控制技术研究

发布时间：2020-04-06 14:01

【摘要】：本研究综合运用理论分析、实验室实验、数值模拟、现场试验等方法,研究了寺家庄矿沿空掘巷实煤体帮产生大变形原因,并提出相应的控制技术方案。理论研究成果在寺家庄矿15106工作面回风巷成功进行了工业性试验。研究主要取得以下结论:根据弹塑性交界处理论和最大弯矩理论分别计算沿空巷道侧向基本顶的破断位置,弹塑性交界理论计算基本顶断裂位置距离采空区侧4.5m,根据寺家庄矿7m煤柱沿空掘巷计算得断裂位置处于煤柱上方。最大弯矩理论计算基本顶最大弯矩位置距离采空区侧12m-15m,基本顶破断处于巷道或实煤体上方。通过UDEC数值模拟软件分析基本顶在三种不同断裂位置下的巷帮煤体的稳定性,分析三种断裂位置的巷帮煤体变形特征。并结合现场情况认为寺家庄矿出现实体煤帮大变形的原因是基本顶断裂位置处于实煤体帮。分析在不同影响因素下基本顶弯矩的变化情况。分析了掘巷前掘巷后煤柱和实煤体支承压力分布,最大主应力云分布和变化情况。当基本顶断裂位置处于实煤体上方时,上覆关键块对实体煤帮造成的高应力挤压区是造成实体煤帮大变形的主要原因,且随着支承压力峰值向实煤体内侧转移而始终存在。在巷道内布置钻孔,窥视上方顶板破断情况,分析基本顶破断位置。并提出了相应的实体煤帮控制思路,最终选择加强实煤体帮支护强度来控制实煤体帮大变形。根据相应的控制思路提出锚杆+锚索+W钢带+钢筋梯子梁+金属网联合支护形式,并通过数值模拟和钻孔窥视确定相关支护参数,并与矿方原始支护方案进行了对比,验证支护方案的可行性。
【图文】：

内变形,回风巷,支护结构,情况

（c）巷道顶板下沉（d）巷道帮部锚杆支护失效图 1-1 15106 回风巷巷内变形情况及支护结构破坏Figure 1-1 Deformation of 15106 return air alley and damage of supporting structure1.2 国内外研究现状（Research status at home and abroad）1.2.1 沿空掘巷覆岩结构特征及稳定性研究现状巷道上方和工作面上覆岩层为相同覆岩结构，沿空掘巷巷道稳定性受到上区段工作面上覆岩层破断特征和本工作面回采覆岩破坏特征影响，其有自生的变形规律和应力变化规律。国内外诸多学者通过现场和理论分析对沿空巷道上覆岩层活动规律做了诸多研究。提出了上覆岩层的关键块理论，基本顶及关键块的断裂规律，S-R 稳定性原理等[10-14]。钱鸣高[10]院士经过多年的研究探索提出了“砌体梁结构”。工作面回采过程中，上覆基本顶达到极限跨距之后，上覆基本顶发生首次垮落破断后的基本顶呈现 O-X 破断特征，破断后的基本顶通过水平方向的挤压力和纵向摩擦力咬合在一块，形成暂时平衡的“砌体梁结构”。

平面示意图,工作面

2.1.1 生产地质条件阳煤集团寺家庄矿位于山西省晋中市昔阳县寺家庄村，距离昔阳县城 8km地理位置：东经 113°32′09″-113°39′27″，，北纬 37°30′52″-37°40′18″。井田东西宽约 9km，南北长约 17km，井田面积约 120km2。下图为阳泉地区井田分布及交通路线。寺家庄矿主采 15#煤，15#煤平均埋深 574m，煤层倾角较小为近水平煤层煤层倾角范围 0-12°，平均倾角 6.5°，煤层最大厚度 6.9m，最小厚度 3.9m，煤层平均厚度 5.5m。主采 15#煤层地质构造相对简单整体平缓。寺家庄矿为高瓦斯矿井，15106 工作面瓦斯含量 9-16m3/t，瓦斯相对涌出量 17-20m3/t，瓦斯压力0.3-0.74MPa。煤尘有爆炸危险性，煤层自燃倾向为Ⅱ类，属于自燃煤层。15106 工作面为孤岛工作面，上下区段 15108 工作面和 15104 工作面都已经回采结束，采掘平面图如 2-1 所示。煤层上方直接顶为 5.5m 的泥岩，基本顶为7m 厚粉砂岩，直接底为 6.5m 厚的灰黑色沙质泥岩，老底为石灰岩。地质柱状图如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353

【参考文献】