特厚煤層堅(jiān)硬頂板破斷動(dòng)載特征及巷道圍巖控制研究.pdf

1、朔南礦區(qū)是一個(gè)新建的特大型礦區(qū)，區(qū)內(nèi)煤層厚度大、開采條件復(fù)雜，而且煤層上方賦存有多層堅(jiān)硬難冒放頂板。在特厚煤層綜放開采過程中，采場(chǎng)尤其是采空區(qū)后方的沿空巷道呈現(xiàn)出強(qiáng)烈動(dòng)力顯現(xiàn)特征，嚴(yán)重威脅到礦井的安全高效生產(chǎn)。因此，本文以麻家梁煤礦為研究背景，結(jié)合井田區(qū)域構(gòu)造特征、煤巖賦存條件和開采技術(shù)要求，綜合采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析、數(shù)值模擬計(jì)算、相似材料模擬實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等研究手段，系統(tǒng)研究了堅(jiān)硬頂板條件下特厚煤層綜放開采的礦壓顯現(xiàn)特征及動(dòng)載作用

2、機(jī)理，針對(duì)性地提出了基于水壓致裂弱化控制和抗動(dòng)載作用支護(hù)系統(tǒng)的沿空巷道圍巖控制原理和技術(shù)途徑。
　　（1）麻家梁煤礦受到煤巖地質(zhì)構(gòu)造特征和開采技術(shù)條件的影響，頻繁出現(xiàn)工作面來壓強(qiáng)度大、煤壁片幫、支架損壞、沿空巷道強(qiáng)烈位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞等強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)特征。工作面液壓支架初撐力普遍不足，基本頂來壓步距大、強(qiáng)度高、動(dòng)載系數(shù)大，并且呈現(xiàn)強(qiáng)弱交替的大、小周期來壓規(guī)律，采動(dòng)支承應(yīng)力波及范圍大、影響程度高，沿空巷道呈現(xiàn)階段性的動(dòng)載變形特征。

3、
　?。?）研究得到了特厚煤層雙硬頂板破斷方式和垮落步距，指出特厚煤層低位雙硬頂板破斷失穩(wěn)呈現(xiàn)下位“懸臂梁”與上位“砌體梁”結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，揭示了特厚煤層低位雙硬頂板破斷失穩(wěn)是導(dǎo)致采場(chǎng)工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)特征的主要影響因素。
　　（3）判定并驗(yàn)證了麻家梁煤礦上覆巖層主關(guān)鍵層的位置，建立了堅(jiān)硬頂板破斷的動(dòng)載作用模型，揭示了下位采場(chǎng)及沿空巷道動(dòng)載強(qiáng)度與上覆堅(jiān)硬頂板破斷動(dòng)載源強(qiáng)度之間的關(guān)系，并分別確定了采場(chǎng)和沿空巷道強(qiáng)烈動(dòng)載特征的作

4、用機(jī)理和主控巖層。
　　（4）分析了不同屬性、不同方向的動(dòng)載應(yīng)力波對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響程度和規(guī)律，提出了動(dòng)載應(yīng)力波之間的相互疊加效應(yīng)導(dǎo)致巷道迎波側(cè)和背波側(cè)出現(xiàn)拉應(yīng)力并產(chǎn)生積累損傷和強(qiáng)烈變形，為巷道圍巖的危險(xiǎn)部位；通過數(shù)值計(jì)算得到了巷道圍巖分別在有、無支護(hù)和動(dòng)、靜載作用條件下的動(dòng)力響應(yīng)特征。
　?。?）研究了不同水壓致裂方式的作用效果，提出了堅(jiān)硬頂板水壓致裂弱化控制技術(shù)，確定了合理的施工工藝和關(guān)鍵參數(shù)；優(yōu)化了采區(qū)巷道布置方式