近距重复采动无墙体沿空留巷围岩稳定与控制技术

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老母坡煤矿2煤、3煤层间距6~12m,埋深较浅,无瓦斯隐患,为解决工作面接续紧张、资源采出率低等难题,进行了近距煤层重复采动条件下得无充填墙体沿空留巷。目前对于单一煤层开采条件下沿空留巷围岩控制技术研究较多,但对于近距重复釆动下无充填沿空留巷围岩控制理论的研究较少。本文综合采用理论分析、数值模拟与现场实测等方法,从上覆煤层釆后下伏煤层的矿压显现规律以及底板损伤范围入手,分析了下伏采空区下留巷顶板结构及其荷载特征,提出了重复釆动无墙体沿空留巷切顶力学模型,阐明了留巷侧向基本顶的断裂平衡机制,结合“给定载荷”、“给定变形”、“采空区矸石侧压”以及“底板比压”,设计了巷旁强力切顶支架作为巷旁支护方式,完善了近距煤层重复釆动无墙体沿空留巷围岩控制体系。主要研究成果如下:(1)运用弹塑性理论,结合上覆煤层顶板垮落特点及其应力分布推导得出上覆煤层釆后底板损伤破坏深度,并通过数值模拟及现场RQD质量指标实测进行验证;通过底板屈服比计算及老母坡矿实际地质条件,确定老母坡煤矿下伏巷道顶板存在单层基本顶,为下伏3煤顶板锚索长度的确定提供了初步依据。(2)以老母坡煤矿地质条件为例,通过数值模拟,揭示近距下伏煤层工作面矿压显现规律,为探讨近距下伏煤层无墙体沿空留巷围岩控制提供可靠的理论基础。(3)针对近距离煤层釆后顶板特征,理论研究了近距离下伏煤层沿空留巷顶板荷载的计算依据,分析了上覆煤层釆后下伏沿空留巷侧向基本顶的破断失稳特征。(4)通过对国内无墙体沿空留巷的成功案例进行归纳总结,分析了无墙体沿空留巷的适用条件;依据无墙体沿空留巷切顶力学模型,结合“给定载荷”、“给定变形”、“采空区矸石侧压”等分析了巷旁切顶支架载荷的设计依据;通过数值模拟计算,分析了巷旁400k N/m、600k N/m、800k N/m以及1000k N/m四种切顶载荷下留巷基本顶的破断形态及其对沿空留巷围岩应力分布及位移的影响情况;通过模拟分析巷内1排、2排及3排单体支护时,留巷顶板及实体煤支承压力及围岩变形情况,确定合理的巷内辅助单体支撑密度。(5)针对近距下伏煤层顶板受上覆煤层采动损伤影响,沿空留巷顶板破碎易冒顶等安全隐患问题,采用现场试验的方法确定了包括掘进期间锚杆的施工预紧力矩、合理的锚索支护长度以及留巷期间的巷旁强力切顶支架切顶、顶板深浅孔联合注浆加固技术、防漏风隔模和喷涂材料喷涂封闭采空区等安全保障体系,形成了一套较为完善的近距重复釆动无墙体沿空留巷技术,在取消巷旁充填墙体的条件下,保证了留巷的成功。老母坡煤矿近距重复釆动无墙体沿空留巷的成功实施,为重复采动下的沿空留巷开辟了一条新的路径,其实践过程中积累的技术和现场管理经验具有较高的推广价值。
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