厚煤层综放沿空大跨度开切眼支护技术研究与应用

【摘要】：厚煤层综放沿空大跨度开切眼具有沿空侧煤柱因采动影响而严重损伤、跨度大、围岩主要为煤层、支护难度大的特点。目前沿空大跨度开切眼还没有形成完整的支护体系,亟待研究科学合理的支护方式,确保其支护安全可靠。 本文以鲍店煤矿为原型,采用离散元数值模拟、物理模拟、理论分析、现场试验研究等方法,对厚煤层综放沿空大跨度开切眼围岩稳定性、合理煤柱尺寸、顶板结构、支护原理、合理支护方式及参数进行了综合研究。 对厚煤层综放沿空大跨度开切眼围岩稳定性进行离散元数值模拟分析知:煤柱尺寸、支护方式及支护参数对开切眼围岩稳定性有较大影响。随煤柱尺寸的增加,开切眼所处的应力环境逐渐由应力降低区向应力峰值区再向原岩应力区转变;随支护方式改变,围岩整体受力结构将发生变化,当采用锚网桁架锚索支护方式后,顶板形成“挤压加固梁”,提高了围岩承载能力;随顶板锚杆支护间距的加大,围岩稳定性减弱,“挤压加固梁”的承载能力降低。 通过对开切眼覆岩结构的物理模拟可以看出:随采场工作面推进,采动覆岩中下位岩层形成了许多以“空间小结构”为主的块体,上位岩层则形成了许多以“空间大结构”为主的块体:“大顶”来压时,老顶破断形成阶梯状岩层结构,来压强度大,影响范围广;应用锚网桁架锚索支护后,开切眼围岩整体稳定。 对开切眼合理位置和支护技术进行理论分析认为:开切眼掘进后,支承压力呈“驼峰”状分布,而开切眼掘进前后支承压力峰值出现的位置和数值变化甚小;锚网支护使开切眼顶板较松散煤岩层和弱面形成“承载梁”,在此基础上加打桁架锚索,增加了梁的厚度和承载能力,而且将下位“挤压梁”固定到深部稳定岩层中,从而有效控制了围岩变形。 经过现场试验研究表明,开切眼顶板煤岩层力学平衡拱结构的稳定性对于开切眼的稳定具有很大的影响,采用锚网桁架锚索支护后,顶板形成了一个弯曲厚板,由压缩层、中性层和拉伸层组成,限制了水平裂纹的贯通与层错发生,锚网桁架锚索支护取得了显著的技术经济效果。