千米深井綜放沿空掘巷圍巖變形破壞演化機(jī)理及控制研究.pdf

1、以千米深井綜放沿空掘巷為研究對(duì)象，采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)、數(shù)值模擬、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和理論分析等相結(jié)合的手段，研究深井綜放沿空掘巷圍巖變形破壞特性，在此基礎(chǔ)上，對(duì)綜放沿空掘巷圍巖應(yīng)力及位移演化機(jī)理進(jìn)行了分析，揭示了不同煤柱寬度條件下圍巖變形破裂演化機(jī)制，通過(guò)建立深井綜放沿空掘巷巷幫圍巖力學(xué)分析模型，推導(dǎo)出煤體極限平衡區(qū)寬度和圍巖應(yīng)力位移計(jì)算公式，并結(jié)合數(shù)值模擬優(yōu)化和工程類比等手段，提出了一種深井綜放沿空掘巷煤柱寬度確定方法，根據(jù)圍巖變形

2、破壞特征，提出相應(yīng)的圍巖控制對(duì)策。論文得到以下主要結(jié)論:
　　(1)明確了千米深井綜放沿空掘巷的圍巖變形破壞特性，主要包括圍巖變形劇烈、流變性顯著，圍巖松動(dòng)破壞極易超出錨固區(qū)，支護(hù)構(gòu)件破斷失效嚴(yán)重，煤體側(cè)向應(yīng)力峰值位置顯著大于中淺部礦井等，初步揭示了深井綜放沿空掘巷圍巖變形破壞的主要原因:巷道圍巖所處應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，巷道支護(hù)參數(shù)選擇不合理及巷道斷面尺寸大等。進(jìn)一步采用數(shù)值模擬方法，對(duì)煤柱寬度、斷面尺寸、煤層埋深、煤層采厚等不同因素對(duì)

3、圍巖應(yīng)力和位移分布的影響規(guī)律進(jìn)行了分析，進(jìn)一步闡明了圍巖變形破壞特性。
　　(2)開(kāi)展了深井綜放沿空掘巷大型精細(xì)化地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，對(duì)不同煤柱留設(shè)寬度條件下圍巖應(yīng)力及位移演化機(jī)理和分布特征進(jìn)行了研究，揭示了深井綜放沿空掘巷在上工作面回采期間、巷道掘進(jìn)期間及本工作面回采期間全過(guò)程的圍巖變形破壞機(jī)制。
　　(3)考慮巷幫與頂?shù)装褰缑婷簬r體強(qiáng)度軟化特性，建立了深井綜放沿空掘巷煤柱幫和實(shí)體煤幫力學(xué)分析模型，推導(dǎo)出深井綜放沿空掘巷極限

4、平衡區(qū)寬度和兩幫煤體應(yīng)力位移理論計(jì)算公式，明確了煤層埋深、巷道高度、界面剪應(yīng)力剛度軟化系數(shù)和界面力學(xué)參數(shù)等因素對(duì)煤體極限平衡區(qū)寬度、圍巖應(yīng)力和位移分布的影響規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)施工提供了重要的理論支撐。
　　(4)以煤體應(yīng)力極限平衡區(qū)寬度計(jì)算理論為基礎(chǔ)，綜合考慮工作面地質(zhì)條件、應(yīng)力環(huán)境、構(gòu)造需求等因素，結(jié)合數(shù)值模擬優(yōu)化和工程類比手段，提出了一種深井綜放沿空掘巷煤柱留設(shè)寬度確定方法。基于該方法，依托趙樓煤礦具體工程實(shí)例，確定了類似地質(zhì)條

5、件下深井綜放沿空掘巷合理煤柱留設(shè)寬度。
　　(5)采用應(yīng)力在線和微震監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)深井綜放工作面超前支承壓力分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)精確分析，提出工作面推采過(guò)程可以劃分為四個(gè)階段分析超前支承壓力分布特征，即工作面初采階段、工作面“初次見(jiàn)方”階段、工作面正常推進(jìn)階段和工作面“二次見(jiàn)方”階段，為工作面回采期間設(shè)計(jì)更加合理的超前支護(hù)距離和支護(hù)強(qiáng)度提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
　　(6)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，趙樓煤礦千米深井綜放沿空掘巷煤柱留設(shè)