【摘 要】
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随着我国浅部煤炭资源的日益枯竭,矿井采深逐渐增加,围岩表现出明显的流变大变形状态,为维持煤柱稳定性,深井沿空掘巷煤柱宽度也随之增加,使沿空掘巷被迫布置在采动应力增高区内,支护问题日益突出。本文以顾桥矿1126(1)轨顺为研究背景,通过理论分析、数值模拟、相似材料试验以及现场监测等方法,对沿空掘巷在侧采、掘进及回采过程中的围岩应力、裂隙及变形时空演化规律进行了研究,得出如下结论:(1)建立侧向采动情
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随着我国浅部煤炭资源的日益枯竭,矿井采深逐渐增加,围岩表现出明显的流变大变形状态,为维持煤柱稳定性,深井沿空掘巷煤柱宽度也随之增加,使沿空掘巷被迫布置在采动应力增高区内,支护问题日益突出。本文以顾桥矿1126(1)轨顺为研究背景,通过理论分析、数值模拟、相似材料试验以及现场监测等方法,对沿空掘巷在侧采、掘进及回采过程中的围岩应力、裂隙及变形时空演化规律进行了研究,得出如下结论:(1)建立侧向采动情况下煤体力学模型,据此求解了侧向采动应力分布方程与塑性区发育深度,并对煤体应力分布力学模型的各影响因素进行分析,并进一步拓展建立超前采动下工作面受力的力学模型,求解了 1126(1)工作面应力分布方程与沿空掘巷塑性区发育深度。(2)通过数值模拟研究可知,深井沿空掘巷围岩塑性区及应力分布呈明显的非对称性,沿空煤柱侧围岩破坏程度大于实体煤侧,围岩变形破坏程度:顶板>实体煤>煤柱>底板。对巷道顶板及两帮支护加固后,沿空掘巷围岩塑性区及应力分布的非对称性降低,顶板及两帮变形破坏程度下降,但由于底板未进行支护,更多变性能经由底板释放,底鼓量反而有所增加,此时围岩变形破坏程度:底板>顶板>实体煤>煤柱。工作面回采阶段,充分采动时沿空掘巷超前采动影响范围约为60 m,实体煤受超前采动影响大于煤柱,巷道围岩塑性区及应力分布非对称性增大。(3)由相似材料模拟试验发现,相邻工作面回采后,四周煤岩体出现整体下沉,底板已经出现较大范围裂隙,围岩完整性被破坏,采空区底板臌起,采空区顶板边缘出现悬臂梁结构,沿空掘巷围岩最大垂直应力位于煤柱上方悬臂梁结构内。沿空掘巷开掘后,随着模型围压的增加,巷道两帮围岩嵌入底板,巷道底板相对上升,悬臂梁结构出现裂隙并逐渐发育,最终致使悬臂梁结构消失,沿空掘巷围岩最大垂直应力由煤柱上方转移至实体煤下方。(4)针对顾桥矿1126(1)轨顺沿空掘巷的工程条件及应力分布特点,分析了沿空掘巷围岩稳定性影响因素,认为1126(1)轨顺底臌是由高地应力、侧向采动、围岩岩性差和地应力方向等多重因素耦合导致的,提出以锚网索为主的非对称支护方案,补加帮部锚索,加强煤柱侧巷道支护。通过对1126(1)轨顺变形观测数据分析得出,设计巷道支护方案在掘进阶段能够有效控制巷道变形,但由于底板岩性差且未支护,巷道底臌较为严重,应及时卧底。本工作面回采阶段,超前支护影响范围在59.5~66.2m,因此应该在工作面前方70 m前及时进行超前支护,确保工作面安全生产。本文研究成果揭示了顾桥煤矿深井沿空掘巷的围岩应力、变形及塑性区时空演化规律,为此类巷道的支护问题提供了理论与技术参考,保障了 1126(1)工作面采掘工作安全高效进行。图61表10参93
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