综采工作面回撤通道围岩稳定机理及控制研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangwz2005
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综采工作面进入末采阶段以后,随着回撤通道与工作面之间的煤柱宽度越来越小,回采工作面超前支承应力与回撤通道应力叠加,极易诱发煤壁片帮、顶板冒落、台阶下沉、支架压死等联动失稳事故,进而严重影响工作面设备回撤安全、速度、以及增加工人劳动强度。本文利用现场实测、数值模拟、理论分析和现场工业试验等综合方法,对国能蒙西棋盘井煤矿I030901工作面回撤通道围岩稳定机理开展相关研究,提出了“高水材料墩柱支护顶板+水压致裂有控切顶”联合支护技术,同时将其应用于工程实践,取得了显著的控制效果。(1)现场实测得到I030901工作面正常回采阶段周期来压步距平均为20.48m、来压动载系数平均为1.25,末采阶段坚硬基本顶的旋转运动易导致支架发生压架风险系数较高。(2)建立了临界煤柱宽度力学模型,基于FLAC3D数值计算模型反演拟合得到的应力分布函数确定了煤柱保持稳定的临界阈值。基于降低煤柱载荷、减少基本顶悬顶长度的原则,综合分析确定了基本顶切顶位置。建立顶板下沉量计算模型,理论计算确定墩柱支护、基本顶切顶条件下的回撤通道直接顶中部下沉量并对其敏感性因子进行分析,揭示了基本顶切顶对回撤通道围岩稳定控制的作用机理。(3)借助煤柱宽度计算模型分析了回撤通道围岩应力分布规律,并基于确定的煤柱扰动影响范围、工作面推进速度及高水材料墩柱增阻时效特性,理论确定了回撤通道超前加固时机。建立修正的UDEC数值计算模型反演分析了不同推进距离时,煤柱垂直应力演化规律及裂隙发育特征,揭示了高水材料墩柱支护对回撤通道围岩稳定控制原理。(4)提出了“高水材料墩柱支护顶板+水压致裂有控切顶”联合支护技术并进行现场工业试验。通过对现场墩柱受力特征、回撤通道围岩变形特征与理论计算结果对比,验证了回撤通道围岩稳定机理的准确性,采用联合支护技术有效控制了回撤通道围岩大变形,达到了回撤期间回撤通道围岩稳定、综采设备安全快速回撤的目的。论文有图73幅,表7个,参考文献105篇。
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