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选择合理的支护方法与支护参数,已成为保障沿空留巷围岩稳定性的关键所在,也是巷道围岩控制与支护技术研究的热点之一。本文结合川煤集团金刚煤矿3117综采工作面开采条件,通过理论分析、数值模拟、实验室研究和现场试验相结合的研究方法,首次在国内实现现场浇筑普通混凝土进行巷旁充填支护沿空留巷;通过单体液压支柱及巷旁锚索提供临时加强支护,弥补混凝土体早期强度不足、初凝时间长的缺点,有效地控制了直接顶的早期离层和顶板下沉量,待顶板下沉量达到预留变形量时充填体开始承载,共同维持留巷围岩稳定。论文取得的主要研究成果如下:
①通过对沿空留巷顶板运动与控制的理论分析,提出了对沿空留巷的巷内及巷旁支护的技术要求。
②研究表明工作面沿空留巷的巷旁充填体既要有一定的强度,又要有一定的变形适应能力。采用普通混凝土进行巷旁充填是一种新的尝试,它具有终凝强度高、劳动强度小和成本低等优点,且宜于机械化作业,但初凝时间长、早期强度不足是其致命弱点,如何创造条件保证混凝土满足强度要求时承载是本次沿空留巷成败的前提。
③借鉴国内外混凝土研究成果的基础上,结合煤矿实际情况,在实验室研究了以矸石颗粒为骨料的普通矿用混凝土的力学性能,该混凝土成本低、有利于环保,运输、制作方便。
④采用FLAC3D有限元软件,分析了缓斜中厚煤层采场矿压分布规律及工作面前方机巷和后方沿空留巷的矿压显现规律,优化了巷旁充填体的宽度。形成了沿空留巷的护巷方案。
⑤采用单体液压支柱在充填体两侧临时加强支护,并在采空区侧顶板加打锚索支护,可以弥补普通混凝土巷旁充填初凝时间长的缺点,有效地控制了直接顶的早期离层和顶板下沉量。
⑥通过现场工业性试验及矿压观测,矿用普通混凝土巷旁充填沿空留巷技术获得了显著的社会、经济效益,巷道维护状况整体良好。