自然沿空留巷方法可行性研究与工程实践

发布时间：2020-10-22 05:59

　　 沿空留巷是煤矿解决煤炭资源采出率低,采掘接替不协调等问题的常用方法之一,其中无充填墙体、无煤柱、组合支架被动切顶的自然沿空留巷方法以其较好的技术经济优势得到广泛应用,在山西老母坡矿、兰花宝欣矿等30多个工作面进行了工业性试验,均取得较好的留巷效果。本文以老母坡矿2104工作面和5101工作面为工程背景,研究自然沿空留巷方法的可行性及适用性。自然沿空留巷成功实施的关键在于侧向顶板的及时垮落,因此本文研究了自然沿空留巷的结构模型,并提出侧向顶板的极限垮落步距的计算方法。本文认为沿空巷道围岩在受到采动影响的情况下,与巷内支护体系形成稳定的结构,将巷旁支撑系统布置在顶板极限垮落距离内,能够提供足够的支撑阻力,保证侧向顶板的及时破断,形成稳定的留巷空间。以老母坡矿5101工作面为研究样本,分析沿空巷道顶底板的岩石物理力学参数及巷内支护体系的力学特性,在此基础上进行数值模拟分析,分析结果表明:工作面回采后,采场附近超前工作面前方10~20m范围内应力急剧升高,超过此范围应力降低到原岩应力水平,采空区后方应力逐渐稳定,有一定残余支撑强度。留巷空间内应力基本保持稳定,应力主要集中在巷道两帮,主要为采空区一侧。整个回采过程中工作面顶板呈现分段渐次垮落的特征,围岩变形量逐渐增大并趋于稳定,变形速度先增大后减小。在上述研究结果基础上,分析留巷空间内围岩稳定性的重要影响因素,设计正交试验方案进行多因素模拟试验,得出在不同影响因素组合的试验方案下巷道围岩的相对移进率,建立工程条件和工程结果相对应的数据库,以层次分析法结合模糊数学相关内容对数据库进行分析,建立巷道围岩变形的预测模型,得出各影响因素的权值,最终形成综合评价围岩分级标准并依据分级进行支护参数推荐。论文研究成果与老母坡矿2104工作面的工程实践情况相互印证,从理论与实践方面为自然沿空留巷方法的可行性与适用性提供了依据,具有显著的社会经济价值。该论文有图52幅,表18个,参考文献85篇。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD353
【部分图文】：

）关键影响因素与正交数值模拟研究空留巷方法进行数值模拟研究，从模拟结果分析方法的适用范巷道围岩稳定性的关键因素。设计正交试验方案研究因素的重验和理论分析的综合研究方法，总结出影响自然沿空留巷方法素，确定影响因素后设计正交试验模拟方案对各因素的重要性，此模拟结果同时可作为后面章节中数学模型可靠性的验证之）建立综合评价模型次分析法结合模糊数学相关内容对不确定信息进行分析，建立测模型，得出各影响因素的权值，综合评价围岩分级标准并依数推荐，最终综合上述研究成果，形成自然沿空留巷方法综合评）工程实践上述研究成果，调研探究老母坡矿 2104 工作面自然沿空留巷况，监测留巷区域的巷道围岩的位移变化与应力分布，以此检度。研究技术路线图如图 1-1 所示。

掘巷影响区；Ⅱ 掘巷影响趋于稳定区；Ⅲ 回采工作面（A）影响区；Ⅳ 采动响趋于稳定区；Ⅴ 接替工作面（B）影响区图 2-7 无巷旁充填沿空留巷的围岩变形图Figure 2-7 Surrounding Rock Deformation巷道服务服务期间的围岩变形量 u 包括上述五个期间的变形量。为了方，现将Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ三个采动影响时期的巷道围岩形变量分为两部分，即受起的额外形变量（图 2-7 中的阴影部分）和受采动变形稳定期间的形变量巷道围岩的形变量为：0 0 0 1 1 1 2u u v t u v t u（2式中，u0为巷道掘进的额外形变量；u1为巷道受回采工作面 A 影响的变量；u2为巷道受接替工作面 B 影响的额外形变量；t0为巷道开始掘进到采工作面 A 的时间；t1为巷道经历两次采动的时间间隔。在无巷旁充填沿空留巷作业中，不出现由于煤柱或巷旁充填墙体的破坏道围岩变形加剧的现象，在此过程中，巷道围岩的变形与回采引起的采空化一致。在巷道与采空区之间没有实物隔离，巷道顶板的下沉和采空侧煤

硕士学位论文2.3.1 岩层物理力学参数测试岩石的物理力学性能包括岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等，对选合理支护方案、参数和数值模拟有重要意义，本实验通过测试老母坡矿 5 号煤煤系地层岩石的单轴抗压、抗拉和抗剪强度，计算出岩石的强度、内摩擦角、聚力及普氏系数等各项指标，为后续章节中数值计算的参数取值提供依据。1）岩石试件取样加工岩块的取样地点位于老母坡矿 5 号煤层顶底板，选取其中大小均匀，无明破碎的样本，做好保护措施后运送至实验场所。根据试验机的测试要求，将岩样本制成标准圆柱形试件，其中单轴抗压强度试件尺寸直径×高度为 50mm100mm；单轴抗拉强度试件尺寸直径×高度为 50mm×25mm；单向抗剪强度件尺寸直径×高度为 50mm×50mm。各组试件用于测定和计算岩石样本的密度抗压强度、抗拉强度和脆性系数、抗剪强度与内摩擦角等参数。岩样试件实物图 2-12 所示，实验机如图 2-13 所示。
【参考文献】

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本文编号：2851200