大采高沿空掘巷煤柱優(yōu)化與巷道圍巖穩(wěn)定性研究.pdf

1、我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)量約為2.02萬(wàn)億噸，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可或缺的不可再生資源，煤炭在一次能源消耗中占70％左右，在今后一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)仍然以煤炭為主，但是我國(guó)人口眾多，煤炭資源人均占有率低。因沿空掘巷的應(yīng)力環(huán)境較好，煤層開采常采用沿空掘巷技術(shù)，從巷道的穩(wěn)定及通風(fēng)安全、采空區(qū)殘煤自燃，瓦斯溢出等次生災(zāi)害的防止考慮，區(qū)段間需要留設(shè)護(hù)巷煤柱，隨著礦井開采水平和采高的增加，煤柱尺寸對(duì)保證巷道圍巖的穩(wěn)定性和安全性越來(lái)越

2、重要，并不是煤柱尺寸越寬，巷道圍巖越穩(wěn)定。如果煤柱尺寸過(guò)大，就會(huì)降低了采區(qū)煤炭采出率，造成資源的浪費(fèi)，而留設(shè)小煤柱及合理的巷道支護(hù)技術(shù)也能保證巷道圍巖的穩(wěn)定性和安全性。因此，有必要開展大采高沿空掘巷煤柱優(yōu)化與巷道圍巖穩(wěn)定性研究。
　　本文以任家莊煤礦為原型，綜合采用UDEC2D數(shù)值模擬、理論分析及工程實(shí)踐等方法對(duì)大采高沿空掘巷煤柱優(yōu)化與巷道穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。首先，針對(duì)上覆巖層中關(guān)鍵層控制的巖層組，在充分采動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)條件下分別建立了

3、采空區(qū)側(cè)向煤體內(nèi)靜態(tài)支承壓力力學(xué)模型，煤體內(nèi)彈塑性區(qū)動(dòng)態(tài)支承壓力力學(xué)模型，分析出采空區(qū)側(cè)向煤體內(nèi)支承壓力分布規(guī)律;其次，留煤柱沿空掘巷的關(guān)鍵是煤柱中要有一定尺寸的穩(wěn)定核區(qū)，對(duì)煤柱中的應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行了劃分，煤柱寬度不同，應(yīng)力區(qū)域不同，又根據(jù)理論分析及數(shù)值模擬，確定合理的煤柱尺寸;再次，對(duì)沿空掘巷頂板結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究，頂板不斷發(fā)生“O-X”型破斷，形成砌體梁結(jié)構(gòu)，其中砌體梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊體的穩(wěn)定對(duì)沿空巷道及圍巖的穩(wěn)定性至關(guān)重要，由掘采全

4、過(guò)程弧形三角塊穩(wěn)定性過(guò)程分析可知，沿空掘巷掘巷前、掘進(jìn)時(shí)、掘巷后弧形三角塊結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，巷道圍巖變形不是太大，本區(qū)段工作面的回采使弧形三角塊處于不穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定性惡化，造成了超前工作面一段距離處的巷道圍巖承受較大的支承壓力，并隨與采場(chǎng)工作面的距離的臨近而增大，巷道圍巖變形破壞嚴(yán)重;然后，為保證沿空巷道圍巖穩(wěn)定性，提出了沿空掘巷圍巖支護(hù)技術(shù)，并對(duì)巷道圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì);最后，以任家莊煤礦工程實(shí)踐為例，觀測(cè)分析了巷道圍巖穩(wěn)定性效果。