隔采空区迎采动沿空掘巷围岩控制技术研究

发布时间：2020-06-08 18:57

【摘要】：迎采动沿空掘巷的围岩稳定性控制当前仍是煤矿重大技术难题。在特定的开采规划下,1513运输巷掘进时相隔40m宽采空区之外的1511工作面正在回采,巷道隔采空区迎采动留小煤柱掘进,针对此种特殊开采条件下的支护难题展开探索研究极为必要。本文以1513运输巷沿空掘巷工程实践为研究背景,运用理论分析及数值模拟等研究手段,从采场覆岩移动及应力转移规律入手,分析隔空工作面回采覆岩破断对迎采动沿空巷道的扰动影响及隔空采动应力传递对沿空巷道围岩应力扰动的演变特征,从而揭示巷道的大变形机理,在此基础上提出对应的围岩控制技术并进行了数值模拟效果验证,取得的主要研究结论如下:(1)对特定开采规划下的研究巷道工程特点进行了评估分析。1513运输巷属于大埋深、高应力、隔采空区强采动、软弱易碎顶板条件下的小煤柱沿空掘巷,多种不利因素相互叠加,导致巷道维护困难。(2)阐明了隔采空区沿空掘巷的隔空来压机理及巷道受采动影响的长期变形机制。由于40m宽短壁采空区上覆某一未破断关键层随1511工作面的回采逐渐失稳破断造成了下方沿空巷道的长期变形,此过程中工作面回采引起的隔空应力分流以及短壁采空区覆岩二次垮落应力分流首先对巷道造成应力扰动,巷道临空采空区覆岩随采动渐进垮落从而导致沿空巷道的大结构失稳,模拟得到工作面回采72m-99m范围内巷道变形剧烈,回采108m后变形稳定。(3)模拟得到合理煤柱宽度为6m,并分析该宽度煤柱掘巷时的应力演变特征。巷道迎头距1511回采面超前55m~滞后99m范围为采-掘应力叠加严重影响区,巷道实体煤帮受高应力波动作用,维护尤其困难。(4)提出了隔空迎采动巷道的治理原则和控制技术并进行了模拟效果验证。将巷道分为迎采段、严重影响段、远采段三个区段,应进行分段治理,提出了应对采动巷道围岩大变形的新型厚层高强承载圈围岩强化控制技术,并通过模拟进行了参数分析及支护效果验证。基于严重影响段巷道实体煤帮高应力波动特征提出了“卸压-锚固”一体化支护技术,通过在浅部构建高强承载圈,实体煤帮钻孔卸压,形成巷道围岩“浅部强化”及“深部卸压”的双重作用,明确了单孔卸压的最佳孔深(10m)及有效排距(0.6~0.9m),数值模拟表明卸压-锚固后巷道变形量明显降低,验证了支护技术的可行性。
【图文】：

云图,煤柱宽度,垂直应力,煤柱

分别在煤柱宽度为 3～8m 时进行掘巷，得到垂直应力分布云图如图4-5 所示。为便于反映围岩应力变化与煤柱宽度的关系，在煤层中央布置测线，对煤柱及巷道实体煤帮应力进行分析，，如图 4-6 及 4-7 所示。（a）3m 煤柱（b）4m 煤柱（c）5m 煤柱（d）6m 煤柱

实体煤,垂直应力,煤柱,巷道

（e）7m 煤柱（f）8m 煤柱图 4-5 不同煤柱宽度时的垂直应力分布igure 4-5 Vertical stress distribution of different width coal pillars during roadway drivi图 4-6 掘巷阶段煤柱垂直应力分布Figure 4-6 Vertical stress distribution of coal pillars during roadway excavation原岩应力
【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】