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小窑影响煤层巷道掘进与支护技术及参数优化

江汪龙  
【摘要】:随着我国煤炭企业的大面积整合,小煤窑逐渐退出历史舞台。但是由于小煤窑旧式开采破坏留下的难题,将会是我国大型煤炭国企都将会面临的。旧式房柱式采煤法开采在煤层留下大量采空区,使得地质环境异常复杂,目前主要通过现场勘探、室内试验、模拟计算等研究手段,对小窑采空区进行研究。本文主要结合潘家窑4#煤三条主巷道为研究对象,分析研究两侧小窑采空区对巷道的影响。 笔者参与现场实际采空区影响巷道的岩样力学性质参数的收集,掌握潘家窑4#煤层巷道的地质情况,如埋深、地质构造等;收集巷道施工相关参数,如巷道长度、断面大小和支护方式等;了解工作面投产以来巷道围岩的变形和破坏情况,并进行工作面围岩、煤层的现场取样,为支护参数计算及数值模拟分析提供基础。 通过数值模拟实验对小窑采空区附近的巷道进行模拟计算。建立不同布置方案下的工况模型,并对巷道围岩破坏情况分析研究。通过对竖向位移、水平围岩以及塑性区等计算结果进行分析,从而确定潘家窑4#煤层的最优巷道布置方案。 通过数值模拟得出采空区影响区域内最优巷道布置方案,并在最优支护方案的基础上,通过规范中的经验和半经验公式计算分析巷道围岩的分类,从而确定围岩的支护难度,进而确定支护方案。在巷道围岩分类及支护中,重点介绍参数松动圈的计算,结合对比模拟汁算结果,工程经验公式计算结果以及霍克布朗推导公式的计算结果,最终在满足巷道支护安全的前提下,从而确定满足要求的松动圈尺寸。此外,根据围岩的分类状况,利用公式计算出巷道锚杆(锚索)的支护参数,包括锚杆的直径、锚杆的长度、锚杆的间排距等等。 然后,通过数值模拟实验对巷道支护参数进行优化,建立三维计算模型,通过固定因素的方法,即经过分析在不同的锚杆直径、锚杆长度、锚杆间排距的情况下进行支护模拟,分析不同情况下的围岩控制效果,最终确定潘家窑4#煤三条巷道的经济合理的支护方案和支护参数。


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