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厚煤层一次采全高沿空掘巷围岩变形机理及控制研究

邓磊  
【摘要】:以付村煤矿厚煤层一次采全高沿空掘巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的手段,研究厚煤层一次采全高沿空掘巷围岩破坏特性,在此基础上,确定了适用于厚煤层一次采全高沿空掘巷的锚杆支护优化方案,并应用于现场实践,实现了煤炭高效安全回采。通过现场实测,得到了综采工作面支承压力分布规律、峰值位置和低应力区范围。在此基础上,通过对不同煤柱尺寸的围岩应力数值模拟对比分析,综合分析确定沿空掘巷小煤柱合理留设宽度为5m。通过付村煤矿厚煤层一次采全高沿空掘巷追尾掘进围岩变形实测分析,为避免基本顶剧烈运动的显著影响,同时尽可能缓解采掘接续异常紧张关系,沿空掘巷滞后上工作面时间应不小于46天。采用数值模拟方法,对煤层埋深、断面尺寸、煤层采厚等不同因素对沿空掘巷围岩和位移分布的影响规律进行了分析,进一步探究不同影响因素对围岩变形破坏特性的影响。通过现场实测确定了工作面回采引起的超前支承压力影响范围,明确了厚煤层一次采全高沿空掘巷的围岩变形破坏特性,主要包括巷道围岩相对比较破碎、整体性和完整性较差,锚固范围内岩体的刚度较低等。初步揭示了厚煤层一次采全高沿空掘巷围岩变形破坏的主要原因:巷道围岩所处应力环境复杂,巷道支护参数选择不合理、锚杆支护构件选择不合理及巷道断面尺寸大等原因。针对厚煤层一次采全高沿空掘巷围岩变形破坏特征和付村煤矿实际情况,提出“提高锚杆预紧力+高强度钢带+加强薄弱位置”的围岩控制对策,并用于1008工作面沿空掘巷工程实践。矿压监测结果分析表明:采用优化方案后,巷道围岩变形明显减小,巷道围岩控制效果较好地满足了工作面正常生产要求,有效解决了付村煤矿厚煤层一次采全高沿空掘巷支护困难的问题。本文研究结果对类似条件下沿空掘巷锚杆支护有较好的参考和推广价值。


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