四台煤矿沿空掘巷围岩控制技术研究

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本论文以四台煤矿81215工作面回风平巷为研究背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟和现场工业性试验等方法,对两硬条件下沿空掘巷围岩控制技术进行了研究和分析,该技术研究的成功实施对两硬条件下沿空掘巷实现安全、高效开采具有重要意义。本论文主要研究成果如下:(1)以关键层理论为指导,建立了两硬条件沿空掘巷上覆岩层结构的力学模型,对沿空掘巷上覆岩层在掘巷后和本工作面采动影响时的稳定性进行了分析,为研究两硬条件沿空掘巷采用锚杆支护时如何有效控制巷道变形提供了理论基础。(2)采用极限平衡理论和弹塑性理论计算合理的最小护巷煤柱宽度。运用FLAC-3D数值模拟方法,在沿空掘巷后和81215工作面回采时针对不同煤柱宽度进行煤柱内应力与位移分析,发现煤柱内垂直应力随着煤柱宽度的逐渐增加而增大,而回采巷道变形量随着煤柱宽度的逐渐增加呈现先变小后增大再平衡的规律。通过对不同煤柱宽度条件下煤柱内部应力变化规律和81215工作面回采巷道变形规律的分析,发现保留6m煤柱能够满足采场围岩稳定性。(3)以实验室测得的81215工作面岩层力学参数为依据,对沿空掘巷巷道围岩应力、变形和破坏范围进行理论计算。运用数值模拟方法分析不同支护参数对巷道稳定性的影响,对巷道围岩锚杆支护参数进行优化设计,选择较为合理的的巷道支护参数。(4)现场工业性试验。81215工作面回风平巷掘进影响稳定后,巷道两帮相对移近量最大达到37mm,实体煤帮移近量为15mm,沿空煤帮移近量为22mm。顶底板变形量最大达到23mm,其中顶板下沉量为8mm,底鼓量为15mm。从巷道整体变形看,采用锚杆+锚索+钢筋托梁+金属网联合支护技术,能够有效控制围岩变形,保证了巷道在使用期内的安全与稳定,进一步完善两硬条件沿空掘巷围岩控制技术,对沿空掘巷支护设计科学化和矿井安全高效生产具有重要意义。
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