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、我國煤炭資源儲量豐富，儲量約為2.02萬億噸，是我國經(jīng)濟和社會發(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，在今后一段相當長的時間內(nèi)，我國能源結(jié)構(gòu)仍然以煤炭為主，但是我國人口眾多，煤炭資源人均占有率低。因沿空掘巷的應力環(huán)境較好，煤層開采常采用沿空掘巷技術(shù)，從巷道的穩(wěn)定及通風安全、采空區(qū)殘煤自燃，瓦斯溢出等次生災害的防止考慮，區(qū)段間需要留設護巷煤柱，隨著礦井開采水平和采高的增加，煤柱尺寸對保證巷道圍巖的穩(wěn)定性和安全性越來越

2、重要，并不是煤柱尺寸越寬，巷道圍巖越穩(wěn)定。如果煤柱尺寸過大，就會降低了采區(qū)煤炭采出率，造成資源的浪費，而留設小煤柱及合理的巷道支護技術(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、理論分析及工程實踐等方法對大采高沿空掘巷煤柱優(yōu)化與巷道穩(wěn)定性進行了研究。首先，針對上覆巖層中關(guān)鍵層控制的巖層組，在充分采動運動狀態(tài)條件下分別建立了

3、采空區(qū)側(cè)向煤體內(nèi)靜態(tài)支承壓力力學模型，煤體內(nèi)彈塑性區(qū)動態(tài)支承壓力力學模型，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)，對煤柱中的應力區(qū)域進行了劃分，煤柱寬度不同，應力區(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，對沿空掘巷頂板結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性進行了分析研究，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)定對沿空巷道及圍巖的穩(wěn)定性至關(guān)重要，由掘采全

4、過程弧形三角塊穩(wěn)定性過程分析可知，沿空掘巷掘巷前、掘進時、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，并隨與采場工作面的距離的臨近而增大，巷道圍巖變形破壞嚴重;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技術(shù)，并對巷道圍巖支護參數(shù)進行了設計;最后，以任家莊煤礦工程實踐為例，觀測分析了巷道圍巖穩(wěn)定性效果。