【摘 要】
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我国西部深井开采中,普遍采用留设大煤柱护巷方式,煤层巷道受强烈采动影响,发生剧烈变形,有时被迫废弃。研究发现废弃巷道的大变形对一定范围内煤岩层有卸压效应,可以利用这一卸压效应在邻近区新掘巷道。本文以鄂尔多斯地区葫芦素煤矿20102副回风巷和20201回风巷为工程研究背景,进行了现场调研,推导了力学计算公式,开展了物理模型相似模拟实验,以及有限差分和离散元软件研究了最佳煤柱尺寸和巷间煤柱应力分布特征
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目(52034007);
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我国西部深井开采中,普遍采用留设大煤柱护巷方式,煤层巷道受强烈采动影响,发生剧烈变形,有时被迫废弃。研究发现废弃巷道的大变形对一定范围内煤岩层有卸压效应,可以利用这一卸压效应在邻近区新掘巷道。本文以鄂尔多斯地区葫芦素煤矿20102副回风巷和20201回风巷为工程研究背景,进行了现场调研,推导了力学计算公式,开展了物理模型相似模拟实验,以及有限差分和离散元软件研究了最佳煤柱尺寸和巷间煤柱应力分布特征,并提出了适用卸压区的支护方案,并应用于现场进行工业性试验,取得了如下结论:(1)分析探讨了废弃巷道的工程特点。新掘巷道受双重应力影响。留煤柱新掘巷道处于大结构的采空区侧向应力集中导致的应力升高,同时又处于小结构的新掘巷道围岩变形应力降低的双重影响。(2)探讨了沿废弃巷道留设煤柱新掘巷道的可行性。结合力学计算简要推导了煤柱留设的最小宽度为10m。采用UDEC数值模拟探究了巷道受采动影响的过程与围岩应力分布特征。废弃巷道和新掘巷道的巷间煤柱间距10m时,巷道围岩处于较理想状态,综合效果最佳。(3)物理实验模拟了采空区岩层移动及废弃巷道顶板应力分布特征。实验一确定了在葫芦素的特定地质条件下,工作面回采后的采空区顶板的垂直应力对临采空区煤体的影响,使临采空区煤体40-80m水平范围都处于应力升高区。实验二进一步探究了废弃巷道的顶板应力分布特征和对新掘巷道的卸压效应。(4)数值模拟研究了巷道剧烈变形后对周围岩体的卸压效应,并确定了最优巷间煤柱为10m。数值模拟结果揭示卸压效果随着巷间煤柱宽度的增加而衰退。随着煤柱宽度大于10m后,卸压效应开始减弱,直至消失。(5)提出了适应于卸压区新掘煤巷的支护技术,监测分析了巷道围岩控制效果。废弃巷道变形较为缓和的巷段,有一定的底鼓剧烈、煤柱帮塌孔等强矿压显现;废弃巷道变形较为剧烈的巷段,对应的新掘巷道上述强矿压显现问题明显改善,卸压效果明显,证明了废弃巷道剧烈变形对其巷旁新掘巷道的卸压效应。上述结论可为工程上利用废弃巷道对邻近岩体的卸压效应布置巷道提供理论和实践基础。该论文有图54幅,表7个,参考文献80篇。
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