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《河南理工大学》 2017年
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大采高综放面沿空掘巷围岩控制研究

海林鹏  
【摘要】:塔山矿煤层平均厚度15m,采用大采高综放一次采全厚技术,工作面年产量超过一千万吨。由于采厚大、开采强度高,区段煤柱一直沿用38~45m的宽度,每千米煤柱煤炭损失近100万t。回采巷道处于侧向支承压力的高应力区,巷道出现较严重的冲击矿压现象,变形严重、维护困难,威胁安全生产。为提高煤炭资源回收率和控制围岩变形,采用6m小煤柱沿空掘巷技术,综合运用现场实测、理论分析及数值模拟实验等方法对端部覆岩结构、侧向应力场时空演化以及围岩变形机理等进行了系统深入的研究,取得的主要研究成果如下:(1)研究了大采高综放面端部覆岩的活动范围,分析了大采高综放面端部覆岩破断运移规律,建立了端部结构力学模型,提出了端部三角滑移区及其运动模式;分析了直接顶、基本顶的特性,揭示了采空区稳定前、后端部覆岩结构的运移变化特征,分析了端部结构的稳定性,研究了采厚对端部覆岩结构的影响;(2)分析了大采高综放面侧向应力场与端部顶板结构的时、空、强演化规律,掌握了采空区稳定前后随端部结构变化过程中侧向支承压力的分布规律,研究了采厚、未放煤宽度对端部结构、侧向支承压力的影响,确定了沿空掘巷的合理位置和时机;揭示了三角滑移区破断滑移后作用在煤柱上力的减小是侧向支承压力降低的根本原因;(3)掌握了沿空巷道掘巷、回采期间的巷道变形机理,揭示了沿空掘巷围岩变形受控于高位基本顶的回转变形和三角滑移区滑移回转的规律,分析了煤柱宽度不同时煤柱内应变能密度分布规律,煤柱内集聚的应变能突然释放是大煤柱巷道成巷道冲击矿压的根本原因;通过数值模拟得到了锚杆、锚索的附加应力场在巷道围岩深部、中部、浅部形成了不同强度的连续承载结构分布特征,确定了沿空掘巷巷道的支护方案;(4)研究了沿空掘巷裂隙煤柱损伤应变与渗透性系数的关系,分析了本工作面采空区及相邻工作面采空区气体流动规律,模拟了工作面瓦斯运移规律,得到了相邻采空区氧化带呈现耳状分布,提出了掘进期间“注—抽”一体化的氮气置换瓦斯技术,保证了沿空掘巷巷道的安全。
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD353

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