深部综放沿空掘巷围岩变形破坏特征与控制技术

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随煤炭资源高强度开采,浅部资源日益减少,开采重心逐步向深部转移。为实现煤炭资源高效利用,回采巷道多采用小煤柱沿空掘巷技术。但处于深部高应力环境下,围岩变形破坏加剧,维护难度高,影响工作面回采。因此,本文以东滩煤矿3304轨道顺槽为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验及监测相结合研究方法,对深部综放沿空掘巷围岩变形破坏特征与控制技术进行分析,得到如下主要结论:  (1)采用数值模拟方法,确定了3304工作面应力降低区、应力升高区、原岩应力区范围。结合窄煤柱宽度确定原则、围岩应力位移分布特征,发现窄煤柱宽度为4m时,煤柱与巷道处于应力降低区,围岩稳定性较好。综合其他影响因素,4m煤柱留设宽度最为适宜,保证了煤柱自身稳定性,围岩整体变形量较小,利于巷道稳定。  (2)总结了深部综放沿空掘巷围岩变形特征,具体为:①围岩塑性破坏范围大;②围岩整体变形大,窄煤柱、实体煤帮变形尤为严重。因此,提出了深部综放沿空掘巷围岩控制技术。具体为:①强预紧力锚杆、锚索,保持顶煤完整性;②实体煤帮高强锚杆配合高锚固力、强让压长锚索,限制其大变形;③高强度锚杆-锚索强化加固塑性小煤柱,提高其承载能力。  (3)针对综放沿空掘巷顶板力学条件,考虑到锚杆间排距、锚固力等因素对锚杆长度的影响,修正了锚固岩梁理论,根据抗拉强度、抗剪强度两个极限条件,确定了顶板锚杆支护参数;运用悬吊理论设计了顶锚索锚固参数,保证锚索能够承担其作用范围内潜在冒落岩层重量。基于深部综放沿空掘巷两帮变形破坏特征,研究了实体煤帮、窄煤柱帮控制原理;通过极限平衡理论、数值模拟等研究方法,给出了实体煤帮、煤柱帮支护参数设计方法。  (4)运用理论计算、数值模拟并结合现场情况,提出了支护参数优化方案,优化了东滩煤矿3304轨道顺槽锚杆、锚索支护参数,进行现场应用。现场监测发现,巷道使用期间,围岩变形量较小,巷道支护效果良好,能满足设备需要及生产要求,有利于巷道快速掘进,更好地实现采掘接替平衡。
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