沿空留巷圍巖應力優(yōu)化與結構穩(wěn)定控制.pdf

1、沿空留巷是無煤柱連續(xù)開采、無煤柱煤與瓦斯共采以及煤層群連續(xù)卸壓開采等技術的空間基礎,是解決瓦斯與動力災害、提高煤炭采出率、降低巷道掘進率的重要保障,也是實現(xiàn)煤炭科學開采的關鍵技術之一。但是沿空留巷位處采空區(qū)邊緣,服務期間經受多次采動影響,圍巖結構的穩(wěn)定與巷道空間的維控都將受到嚴重的挑戰(zhàn)。
　　本文采取物理模擬、數(shù)值計算和理論分析等綜合研究手段,從采空區(qū)側向頂板的巖層運動特征入手,細致分析了沿空留巷的頂板來壓機理,揭示了留巷圍巖的應

2、力演化和最終分布規(guī)律,在此基礎上得到了通過側向頂板超前預裂實現(xiàn)留巷圍巖區(qū)域應力優(yōu)化的思路,闡明了側向塊體的斷裂穩(wěn)定機制,從而形成了區(qū)域應力控制技術,并進一步提出了圍巖結構穩(wěn)定控制技術體系,主要結論如下:
　　(1)開采過程中采空區(qū)頂板先后出現(xiàn)分次垮落和一次性垮落兩種現(xiàn)象,在垮落巖層上部主離層空間的隔離之下頂板發(fā)生應力分流,并經過側向楔形區(qū)的傳遞作用向留巷圍巖施壓;頂板下沉量由斷裂前的撓曲下沉、斷裂時的旋轉下沉和斷裂后的壓縮下沉三部

3、分組成,因而對側向低位巖體的給定變形具有長期性;沿空留巷在頂板分次垮落時表現(xiàn)為多次來壓和長期漸緩變形,在頂板一次性垮落時表現(xiàn)為強烈來壓和短期劇烈變形。
　　(2)采場圍巖的采動應力在平面和空間上分別呈雙T型分布和應力環(huán)分布,沿空留巷則位于峰值應力T型區(qū)和谷值應力T型區(qū)之間,留巷圍巖在頂板長期運動下持續(xù)弱化,整體處于低值應力區(qū),采取深錨支護可調動深部支承應力環(huán)區(qū)巖體的高承載性能、約束淺部低值應力環(huán)區(qū)巖體的變形。
　　(3)超前

4、預裂卸壓能夠加速老頂?shù)钠茢噙\動并有效緩解留巷頂板的壓力,卸壓后側向支承應力向淺部轉移、應力峰值有小幅降低,留巷圍巖變形得到明顯改善;斷裂塊體短期分離后還會再次接觸并形成巖拱結構,結構間的力學關系決定了頂板卸壓程度,因而懸臂長度存在優(yōu)化空間;提出了側向頂板的卸壓判據(jù)和懸臂長度的優(yōu)化方法。
　　(4)分析了留巷圍巖穩(wěn)定的影響因素:巷旁支撐體與頂?shù)装骞餐纬伞绊?墻-底”復合承載結構,該結構的系統(tǒng)剛度決定了承載效率;巷旁充填體的強度發(fā)展

5、與頂板壓力應實現(xiàn)動態(tài)協(xié)調;錨固盲區(qū)與等效跨度增大時不利巷道維護。
　　(5)提出了沿空留巷T型區(qū)圍巖分區(qū)治理的技術思路,形成了留巷圍巖結構穩(wěn)定控制技術體系:結構上包括側向頂板預裂卸壓技術、巷道跨高比與墻體寬高比優(yōu)化技術;支護上包括“三高”錨固技術、“高跨雙減”支護技術及深錨淺注支護技術;巷旁支撐上包括膏體混凝土充填技術、砌塊式巷旁充填技術、鋼筒支柱式充填技術及高水材料充填技術;留巷長度上包括全長沿空留巷技術和階段性沿空留巷技術。<