深井綜放面沿空掘巷窄煤柱破壞規(guī)律及其控制機理研究.pdf

1、煤炭是我國主要能源，隨著煤炭的連續(xù)開采，淺、表部煤炭資源越來越少，目前已轉(zhuǎn)向深部煤層的開采。為了提高綜放開采煤炭的回收率，國內(nèi)學者提出了采空區(qū)一側(cè)回采巷道采用留窄煤柱沿空掘巷的方法。綜放面窄煤柱由于受到動壓的影響，其破壞規(guī)律異常復雜，這導致煤巷錨桿支護技術(shù)遇到極大的挑戰(zhàn)。開展該項研究對降低煤炭開采損失、減少巷道支護和維護成本、提高經(jīng)濟效益、保證礦井安全生產(chǎn)等具有重要意義。 本論文以甘肅靖遠煤業(yè)集團公司魏家地煤礦為依托，采用現(xiàn)場試

2、驗、理論分析、數(shù)值模擬的綜合方法對高應(yīng)力煤柱的物理力學特性、破壞模式、受動壓影響的煤體損傷及破壞規(guī)律、煤柱最優(yōu)留設(shè)尺寸、支護方案優(yōu)化設(shè)計進行系統(tǒng)的研究，目的是對綜放面合理留設(shè)煤柱尺寸及其支護設(shè)計提供理論依據(jù)。 通過對綜放面沿空掘巷上覆巖體垮落運動規(guī)律的研究，基本項初次來壓形成“O-X”破斷，基于綜放沿空掘巷上覆巖體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵塊的觀點，對該結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵塊的特征參數(shù)進行了研究。建立合理的分析模型，分析了綜放沿空掘巷上覆巖體結(jié)構(gòu)在巷道

3、掘進前、掘進時、掘進后的穩(wěn)定性，揭示了該類巷道圍巖大變形受上覆巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響的規(guī)律。 通過綜合分析厚煤層綜放沿空掘巷窄煤柱的力學狀態(tài)和破壞機理，得出了綜放面沿空煤體邊緣依次為卸載松散區(qū)、塑性強化區(qū)、彈性變形區(qū)、原始應(yīng)力區(qū)，并得出了沿空煤體邊緣應(yīng)力極限平衡區(qū)內(nèi)任意一點的應(yīng)力和屈服區(qū)寬度計算公式。窄煤柱處于邊緣煤體支承壓力降低區(qū)和沿空煤體屈服區(qū)，在沿空掘巷采動影響下，窄煤柱將受到破壞后再破壞，通過加強支護可以改善煤柱的破壞程度，

4、保持煤柱穩(wěn)定性，并探討了窄煤柱寬度合理確定方法。 通過對沿空掘巷圍巖變形破壞規(guī)律及錨桿與圍巖相互作用機理研究，認為：由于窄煤柱受上區(qū)段采空區(qū)側(cè)向支承壓力的影響，強度低，承載能力小，在本工作面的采動影響下窄煤柱發(fā)生變形破壞，將支承壓力大部分轉(zhuǎn)移到實體煤幫，使得實體煤幫的變形急劇增大，圍巖難以控制，因此提高窄煤柱的穩(wěn)定是控制沿空巷道圍巖的關(guān)鍵。提出了沿空掘巷窄煤柱巷道圍巖控制的基本原理。 采用FLAC3D對魏家地煤礦X1-1

5、07綜放工作面兩道進行了數(shù)值模擬研究，掌握極軟、特厚孤島綜放工作面錨桿、錨索聯(lián)合支護巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和錨桿、錨索支護效果，確定合理的煤柱寬度、支護形式和支護參數(shù)。 對魏家地煤礦X1-107工作面風巷和機巷圍巖穩(wěn)定狀況、錨桿工況等進行了全面的監(jiān)測，工程實踐表明窄煤柱是沿空掘巷穩(wěn)定的關(guān)鍵，加強窄煤柱的支護，既提高了窄煤柱承載能力，減少三角塊回轉(zhuǎn)下沉，控制頂煤的下沉量，又維護了窄煤柱自身穩(wěn)定，減少兩幫相對移近量，保證巷道圍巖整體穩(wěn)定