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近年来随着煤矿开采强度的增大,采掘接替关系普遍比较紧张,矿井经常会出现迎采动工作面巷道(以下简称“迎采巷道”)的情况。此类巷道需经历邻近工作面采空区侧向顶板破断、转动及稳定的全过程动压影响,巷道围岩变形破坏严重,尤其是大断面全煤巷道,矿压显现更为剧烈,维护极其困难,严重制约着中国煤矿安全高效开采。
本文以马堡煤矿15201回风顺槽为研究对象,综合采用现场调研、实验室岩石力学参数测试、现场顶板窥视、巷道围岩松动圈测试、数值模拟与现场工业性试验等方法,研究了马堡煤矿大断面迎采巷道布置及支护技术,所进行的工作及取得的结论主要有:
(1)研究分析了大断面迎采巷道围岩地质力学特征,掌握了15号煤层顶底板岩石力学参数,研究发现:巷道顶底板整体强度较低且直接顶底板为遇水易软化泥岩;迎采动布置后,巷道矿压显现特征为:顶板下沉变形严重、帮部较破碎、底鼓明显、巷道松动圈深度较大,迎采区域煤柱帮松动深度达到1.60m、回采帮松动深度达到1.18m。
(2)进行了迎采巷道合理煤柱宽度与围岩变形破坏的数值模拟分析,研究表明巷道围岩变形呈非对称特征,煤柱帮和顶板变形相对严重。随着煤柱宽度的增大,煤柱应力峰值和围岩变形量逐渐减小。并且确定煤柱的合理宽度为30m。
(3)根据大断面迎采巷道变形特征,提出了高强、高预紧力、非对称耦合支护技术:煤柱帮锚索加强支护+顶板锚索网加强支护。通过数值模拟计算确定了30m区段煤柱下大断面迎采巷道的支护参数;并得出15203回采工作面前30m到工作面后方40m范围内对掘巷道围岩压力较大,此期间内巷道围岩变形较为剧烈。
(4)工业性试验实测矿压显现规律为:15201回风顺槽围岩变形经历掘进影响、掘进影响稳定、采动影响、采动影响稳定等4个阶段。其中采动影响阶段的范围为距离邻近15203工作面前方35m左右时开始影响,至工作面后方140m左右趋于稳定,在工作面0m至工作面后方38.5m左右影响显著,变形速度最大可达34mm/d。
(5)现场应用效果表明:留宽煤柱掘巷并采用高强、高预紧力、非对称耦合联合支护技术,可有效控制马堡煤矿大断面迎采巷道围岩变形,解决该类型巷道维护的难题。通过本课题的研究和现场实践,为大断面迎采巷道围岩控制提供了理论依据及技术途径。
本文以马堡煤矿15201回风顺槽为研究对象,综合采用现场调研、实验室岩石力学参数测试、现场顶板窥视、巷道围岩松动圈测试、数值模拟与现场工业性试验等方法,研究了马堡煤矿大断面迎采巷道布置及支护技术,所进行的工作及取得的结论主要有:
(1)研究分析了大断面迎采巷道围岩地质力学特征,掌握了15号煤层顶底板岩石力学参数,研究发现:巷道顶底板整体强度较低且直接顶底板为遇水易软化泥岩;迎采动布置后,巷道矿压显现特征为:顶板下沉变形严重、帮部较破碎、底鼓明显、巷道松动圈深度较大,迎采区域煤柱帮松动深度达到1.60m、回采帮松动深度达到1.18m。
(2)进行了迎采巷道合理煤柱宽度与围岩变形破坏的数值模拟分析,研究表明巷道围岩变形呈非对称特征,煤柱帮和顶板变形相对严重。随着煤柱宽度的增大,煤柱应力峰值和围岩变形量逐渐减小。并且确定煤柱的合理宽度为30m。
(3)根据大断面迎采巷道变形特征,提出了高强、高预紧力、非对称耦合支护技术:煤柱帮锚索加强支护+顶板锚索网加强支护。通过数值模拟计算确定了30m区段煤柱下大断面迎采巷道的支护参数;并得出15203回采工作面前30m到工作面后方40m范围内对掘巷道围岩压力较大,此期间内巷道围岩变形较为剧烈。
(4)工业性试验实测矿压显现规律为:15201回风顺槽围岩变形经历掘进影响、掘进影响稳定、采动影响、采动影响稳定等4个阶段。其中采动影响阶段的范围为距离邻近15203工作面前方35m左右时开始影响,至工作面后方140m左右趋于稳定,在工作面0m至工作面后方38.5m左右影响显著,变形速度最大可达34mm/d。
(5)现场应用效果表明:留宽煤柱掘巷并采用高强、高预紧力、非对称耦合联合支护技术,可有效控制马堡煤矿大断面迎采巷道围岩变形,解决该类型巷道维护的难题。通过本课题的研究和现场实践,为大断面迎采巷道围岩控制提供了理论依据及技术途径。