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掘进面过近平行旧巷围岩力学响应及支护技术研究

掘进面过近平行旧巷围岩力学响应及支护技术研究

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作者：张剑南安徽理工大学

学位级别：硕士

韩家洼煤矿为缓解采掘衔接紧张掘进22403工作面,掘进运输顺槽过程中揭露一条与其方位夹角为1°10′的原毛官屯1#旧巷近平行旧巷,根据22403运输顺槽和旧巷的几何关系,两者之间的小煤柱宽度处于变化过程中,巷道围岩具有不同的承载性能,为... 详细信息

韩家洼煤矿为缓解采掘衔接紧张掘进22403工作面,掘进运输顺槽过程中揭露一条与其方位夹角为1°10′的原毛官屯1#旧巷近平行旧巷,根据22403运输顺槽和旧巷的几何关系,两者之间的小煤柱宽度处于变化过程中,巷道围岩具有不同的承载性能,为此本文以韩家洼煤矿22403掘进工作面过近平行旧巷为工程背景,研究掘进工作面过近平行旧巷支护技术与围岩动态承载性能的协调关系。煤炭开采强度较大造成韩家洼煤矿采掘衔接紧张,缓解采掘衔接紧张的主要措施为两方面:(1)开发巷道掘锚支一体化高效作业平台;(2)革新采煤工艺,研究小煤柱迎采送巷、切顶卸压沿空留巷等高效采煤方法。为此,本文首先针对巷道高效掘进问题总结分析掘锚支一体化平台超前支护载荷和结构优化,设计了一种综掘工作面单轨式锚支护协作机,采用数值计算进行了锚钻系统结构强度校核,建立了整机行走系统全支撑状态的动力学模型,推导了整机行走系统的振动微分方程,研究了行走系统的振动响应特征,并对比分析复合支护网和刚性支护网的支护效果。其次,通过现场取样测取了岩层的物理力学性质为支护设计提供了基础资料,并采用现场钻孔窥视掌握了顶板原生裂隙发育特征,物理试验表明顶底板泥岩和砂质泥岩经历吸水-风干循环后,岩样出现破裂崩解,崩解物成片状堆积;砂岩虽说不发生崩解,但经历吸水-风干循环后,易从所含泥岩夹层处断开,对支护也是不利的,在生产中应予以重视。最后,鉴于22403运输顺槽与两条旧巷之间煤柱宽度在巷道掘进中不断发生变化,不同区域的煤柱具有不同的承载性能,为此,可将22403运输顺槽划分为以下3个不同围岩承载性能区域:区域(1)22403运输顺槽与1#旧巷间距小于2m贯通扩刷无煤柱段;区域(2)22403运输顺槽与1#旧巷间距大于2m小于5m煤柱段;区域(3)22403运输顺槽与1#旧巷间距大于5m煤柱段。区域(1)的巷道断面变大,该区域主要通过将旧巷内原设计顶锚杆支护变更为4.3 m短锚索加强支护。区域(2)和区域(3)稳定性主要取决于22403运输顺槽与旧巷之间的小煤柱稳定性,主要通过呈“二·二”布置的两根对拉锚索,配合W钢带横向连接对拉锚索加强旧巷侧巷帮的支护。采用理论分析和工程类比法,完成了上述划分的3个区域的支护方案,并通过数值计算模拟验证了支护方案的合理性。回采期间22403运顺在采动影响作用下容易造成塑性失效区贯通相连,虽采用了对拉锚索横向W钢带加强支护小煤柱措施,仍有巷道失稳风险,回采期间应在旧巷空顶内使用单体柱配合钢棚梁进一步加强支护,防止顶板冒落事故。研究成果对韩家洼煤矿安全、高效、经济生产具有重要的现实意义,同时本文研究成果将丰富工作面过旧巷围岩控制技术和理论,为类似工程提供借鉴指导。图[68]表[13]参[86]

关键词：过近平行旧巷支护技术围岩动态承载性能协调关系

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