采动影响底板暗斜井围岩破坏机理及支护技术研究

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随着煤矿开采深度的不断增加,受动压影响的巷道也日益增多。而采动影响下底板巷道支护问题一直是采矿界的一大难题,因此对其围岩变形破坏机理及支护技术的研究,具有十分重要的理论与实际意义。本文以江西萍乡高坑矿“暗皮带斜井承受采动影响围岩加固技术研究”项目为依托,分析了采动影响下底板巷道围岩的变形破坏机理,并提出联合支护技术与方案,在工程实践中取得了良好效果。通过实验室实验与现场试验相结合,分析得出上覆煤层开采所产生的高支承压力是底板暗斜井围岩发生变形破坏的主要原因,其次暗斜井围岩自身强度较低、支护形式的不合理以及地质条件复杂,也是造成暗斜井围岩失稳的重要影响因素。基于矿山压力理论与弹性理论,建立并简化了采场底板应力分布的力学模型,分析了在不同深度处采场底板应力增量分布的变化规律。根据双向应力无限板内圆形孔的应力解,分析得出巷道顶底板中点及左右帮中点总存在环向应力极值,进而考虑采动影响时,得到顶底板及左右帮中点的环向应力随工作面推进的变化规律,以及巷道两帮的径向变形位移规律。探讨了在破碎围岩中,“锚(杆)、网、喷+注浆+锚索”联合支护技术的作用机理,分析了高支承压力作用下底板巷道采取底板锚索支护的必要性,针对高支承压力底板巷道支护“高阻让压”的要求,发明了锚索支护的可压缩性垫板装置。运用FLAC3D软件模拟了上覆煤层开采过程对底板巷道围岩稳定性的影响,结果显示:跨采过程中,底板巷道围岩的环向应力,两帮垂直应力变化程度较顶底板水平应力要大。底板巷道破坏的最开始部位为两帮及左帮底角与右帮顶角,工作面继续推进过程中,受切应力影响破坏严重,当推进至底板巷道上方时因两帮破坏严重,顶底板“悬露”长度增加而开始严重破坏。运用FLAC3D软件对暗斜井四种支护方案进行了数值模拟,结果表明:“锚(杆)、网、喷+注浆”支护能在一定程度上控制两帮变形,但对顶底板变形的控制作用有限;锚索可以充分调动深部围岩承载能力,从而有效控制围岩变形;底板锚索能够给予底板较高支护阻力,使其变形得到有效控制,同时也提高了两帮与顶板的稳定性,达到巷道整体稳定目的。“锚(杆)、网、喷+注浆+全断面锚索”联合支护能够有效控制暗斜井在采动影响下的变形,因此采取此种支护方式是合理的。将联合支护技术应用于工程实践,通过对巷道表面围岩变形进行监测和分析,结果表明该支护方案能有效地控制了巷道变形,维护了巷道围岩的稳定性。
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