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综放面顶层巷小煤柱外错底层回风巷布置及其围岩稳定性研究

鲁伟  
【摘要】: 瓦斯灾害已成为煤矿安全生产的重要隐患,特别是厚及特厚煤层,随着综放工作面长度和底层采高的加大,以及工作面产量的急剧增加,工作面上隅角瓦斯的积聚,势必造成通风和瓦斯管理上的困难,严重地制约着工作面的安全生产和生产进度。设计合理的供风量和选取更合适瓦斯巷道布置系统,是解决放顶煤工作面瓦斯、煤尘积聚最为有效方式之一。 本文提出了一种全新的综放工作面通风系统:顶层瓦斯巷小煤柱外错底层回风顺槽布置,具体是一种放顶煤工作面顶板排瓦斯巷位置的改进。从根本上解决放顶煤工作面上段、上隅角和采空区的瓦斯与煤尘积聚,特别是上隅角上部空间瓦斯与煤尘的积聚提供了安全、高效的通风系统,并为实现小煤柱放顶煤开采,提高煤炭回收率创造了良好的力学环境,增加了端头顶煤的回收。同时,顶层巷存在,可有效地吸收煤体中高应力作用产生的大量变形,释放煤体中积聚的弹性能,可有效地促使采动引起的应力再次重新分布,改善区段煤柱内高应力环境,使被保护巷道处于应力降低区内。 运用正交实验方案定量和定性地研究了综放面采用顶层瓦斯巷外错式布置下,煤层厚度、赋存深度、煤体强度及顶板强度对回风顺槽、顶层巷和相邻工作面运输顺槽围岩稳定性影响的相关规律,对影响程度进行了主次排序,确定出了合理的小煤柱尺寸范围。 在此基础上,综合运用以巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比设计法、锚杆支护专家系统设计法、基于地质力学条件的三维数值模拟设计法,总结出顶层巷外错式布置下巷道合理的支护方案。最后,成功地将上述结论运用于厚及特厚煤层综放工作面,达到了预期的效果。


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