深部综放沿空掘巷围岩变形破坏特征及控制技术

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随着浅部煤炭资源的逐年减少,深部开采已成为煤炭行业当前和未来的必然趋势。同时为了降低煤炭损失,提高煤炭回收率,国内煤矿普遍采用沿空掘巷技术。但在深部高应力条件下,沿空掘巷围岩破坏严重,回采期间维护较为困难,严重影响工作面的正常开采。为此,本文采用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的方法,以东滩煤矿1306综放沿空掘巷东段工程条件为背景,研究了深部综放沿空掘巷的围岩变形破坏特征及控制技术,主要结论如下:  (1)通过建立沿空掘巷两帮力学模型,推导出沿空巷道两帮极限平衡区宽度、破碎区宽度及两帮水平位移的计算公式。以东滩煤矿1305沿空顺槽为基础,计算出沿空顺槽掘进及回采期间两帮极限平衡区宽度、实体煤帮及窄煤柱帮水平位移。两帮变形主要包括顶板下沉引起的煤帮变形和煤帮自身变形,掘进期间,煤帮自身变形大于顶板下沉引起的变形,回采期间,顶板下沉引起的变形大于煤帮自身变形。因此应着重对回采期间的顶板及两帮进行控制,减小顶板下沉量,提高两帮(特别是实体煤帮)的承载能力。  (2)通过FLAC3D数值模拟发现,无论是掘进期间还是回采期间,巷道变形量及塑性区范围均随煤柱宽度的增加而减小。与3m煤柱相比,4m煤柱时巷道变形量减小幅度最大,确定合理的煤柱尺寸为4m左右。回采期间实体煤帮变形量大于沿空帮变形量,两帮变形量远大于掘进期间变形量。因此,提出超前液压支架+实体煤帮长锚索加固的控制方式来控制巷道回采期间的大变形。通过模拟确定了实体煤帮合理的锚索长度,采用超前支架+长锚索的控制方式后,两帮最大变形量从1034.4mm降低到605.5mm,巷道变形量得到了有效控制。  (3)根据深部综放沿空巷道围岩变形规律,提出了深部综放沿空掘巷的控制技术,即顶板采用高强锚网索带的支护方式;小煤柱采用锚网带、短锚索(长度为3.5m、5m)及表面喷射混凝土的联合支护方式;实体煤帮采用长锚索(8.5m长)结合锚网带联合支护的方式;回采期间采用高阻力的顺槽超前支架进行超前支护。  (4)通过监测发现,掘进期间巷道实体煤帮位移小于窄煤柱帮位移,回采期间巷道实体煤帮位移大于小煤柱帮位移。无论是掘进还是回采期间,沿空掘巷变形量均得到了有效控制,确保了巷道的正常使用。根据实测数据,采用Origin软件,分别得到了沿空巷道掘进和回采期间的巷道表面位移公式,可用于类似条件下的巷道位移预测。
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