特厚煤层下分层工作面回撤通道合理布置及其稳定性分析

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolch002
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采煤工作面搬家回撤工作是一项庞大的系统工程,对于特厚煤层综放工作面而言,末采期间回撤通道围岩是否稳定,决定着工作面搬家回撤工作及整个矿井的采掘接替效率。在综放工作面末采阶段,回撤通道受工作面超前支承压力前移影响,工作面及回撤通道围岩应力场环境显著增大,导致其易发生围岩大变形,诱发冒顶、垮帮、顶板压架等事故,严重影响工作面搬家回撤工作顺利进行。本文以大柳塔煤矿活鸡兔井1-2特厚煤层下分层综放工作面回撤通道为研究背景,针对特厚煤层分层开采过程中,下分层工作面过上分层采空区开采的现实情况,其回撤通道受上分层采空区、上分层主辅回撤通道保护煤柱及工作面超前采动应力叠加扰动等多重应力集中影响。采用现场实测、理论分析、数值模拟、工程监测等综合研究方法,系统分析了采空区煤壁下回撤通道围岩应力场及塑性区分布,获得了末采期间工作面推进不同步距下回撤通道围岩应力及塑性区演化规律,判断其合理布置位置,阐明了回撤通道协同控制关键,提出了巷道围岩稳定协同控制方案及具体参数并进行应用效果验证。取得了如下主要结论:(1)分析采空区下煤巷应力分布及破坏特征,得出内错采空区布置时,巷道围岩破坏程度较低且对称分布,外错布置时,巷道围岩破坏较为严重,塑性区扩展向两肩角上方发育明显;进而模拟在上覆采空区作用下,下分层工作面回撤通道布置于不同位置时,回撤通道围岩应力及塑性区分布,初步判断回撤通道布置于外错上覆采空区边界10m及15m时,回撤通道围岩破坏变形相对可控。(2)对末采进程中回撤通道矿压显现规律进行理论分析,随工作面推进,超前支承压力前移。末采前期,工作面距回撤通道尚远,回撤通道围岩受工作面超前采动影响不明显,末采中期至末采末期,随工作面推进,回撤通道围岩应力逐渐临近并超过其可能发生危险的冲击地压风险判断线。(3)末采期间,随工作面推进,剩余煤柱尺寸逐渐减小,回撤通道围岩应力发生不同程度的增大,至贯通时,其围岩应力峰值增大明显,并通过对比分析得出回撤通道布置于外错采空区边界10m时回撤通道围岩应力场环境较低且相对稳定,有利于对其进行围岩控制。(4)对比分析得出回撤通道布置于外错采空区边界10m时,末采过程中工作面及回撤通道围岩塑性破坏范围相对较小,承载结构相对稳定。因此,选择于外错采空区10m位置沿底掘进回撤通道,距回撤通道水平距离30m处布置回撤辅巷。(5)末采期间,随工作面推进,回撤通道周边围岩塑性区扩展范围及扩展深度均发生不同程度的增大,至贯通时,工作面及回撤通道周边围岩塑性破坏严重,承载结构遭到破坏。根据回撤通道布置于外错采空区边界10m时,末采过程中其围岩塑性区分布形态可以得出,回撤通道围岩塑性区呈现非对称分布明显,应将工作面前方剩余煤柱及回撤通道区段煤柱帮顶帮角作为其围岩控制的主控部位。(6)针对末采期间回撤通道围岩破坏特征及分布,确定了回撤通道采用支护(锚杆索+网+钢带)-改性(注浆加固)的协同控制方案及具体参数,运用数值模拟分析得出锚杆(索)支护效果良好。现场对所提出的围岩稳定控制方案进行应用,工作面及回撤通道位移监测断面监测结果表明,各测点产生位移变形量均小于300mm,末采末期工作面及回撤通道围岩变形趋于稳定,保证了末采结束后综采设备安全快速回撤,工作面搬家工作顺利进行。
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