鹤壁九矿综放回采巷道围岩变形特征及控制技术

作     者：高培成 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郜进海;韦四江

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：综放回采巷道 松软破碎煤体 锚网索支护 巷道围岩控制 相似模拟 

摘      要：鹤壁九矿主采的二煤层,平均厚度5.31m,采用综放回采工艺,回采巷道采用U型钢拱形支架支护,存在工人劳动强度大,巷道返修率高,超前支护段需要替棚等问题,制约着矿井的高产高效。针对九矿工程的地质条件,回采巷道拟采用全煤锚网支护技术。本文采用地质力学评估、相似模拟、理论分析、数值模拟以及现场工业性试等手段,对该工作面下顺槽围岩锚网索支护破坏特征及支护技术进行研究,结论如下:(1)鹤壁九矿二煤体,其单轴抗压强度为1.06MPa、煤体坚固性系数为0.14,巷道平均埋深700m,垂直应力为17.5MPa,可见巷道围岩载荷大,煤体及易因变形而变得松散,发生流失形成空顶现象,造成U型钢棚受载不均,使其承载能力和稳定性降低;当巷道围岩急速变形时,U型钢棚快速失稳,巷道断面回缩,影响矿井安全高效生产。(2)利用相似模拟手段,研究了采动影响下无支护、薄顶煤锚网索支护和厚顶煤强化锚网索支护巷道围岩变形破坏特征,并结合物理相似模拟实验过程,分析了松软破碎煤体巷道变形特征。通过增加锚索支护密度和提高锚杆锚索的预应力,改善了松软破碎托顶煤巷道围岩受力状态,巷道围压的提高,可使围岩承载能力得到提高,围岩强度得到强化,控制了围岩破碎区和塑性区的发展,从而使巷道围岩保持稳定;提高支护构件的护表能力,可以有效地控制松软破碎发生流失,从而减少锚杆锚空失效现象。(3)通过理论计算、工程类比法相似模拟结果确定了3204下顺槽锚网索支护原则为高预应力、高强度、较高密度锚杆锚索协调支护,具体支护方案为顶、帮锚杆选用Ф22×2400mm高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆(顶8帮5),间排距700×700mm;顶锚索选用Ф22×8300mm锚索,帮锚索选用Ф22×5300mm锚索(顶3帮1),排距1400mm。并通过数值模拟对巷道支护方案在掘进和回采期间巷道支护效果进行了验证,进一步说明支护方案的合理性。(4)根据研究结果,在3204下顺槽实施工业性试验,各项矿压监测数据都验证了支护方案的合理性,3204下顺槽在锚网索支护方案下,围岩处于比较稳定的状态。工业试验表明:巷道支护效果良好,具有显著的经济效益和社会效益。