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矿业安全与环保 2024年第3期51卷 137-143页

作者：邸旭峰国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315

针对炭窑坪煤矿坚硬顶板迎采对掘巷道变形破坏严重、难以维护等问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了该类巷道围岩的垂直应力动态演化规律,揭示了动静载叠加扰动效应下巷道围岩变形破坏机理,提出了“密集孔切顶卸压及分段控... 详细信息

针对炭窑坪煤矿坚硬顶板迎采对掘巷道变形破坏严重、难以维护等问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了该类巷道围岩的垂直应力动态演化规律,揭示了动静载叠加扰动效应下巷道围岩变形破坏机理,提出了“密集孔切顶卸压及分段控制”技术。结果表明:迎采对掘巷道的垂直应力分布在走向上呈现3个阶段,即起始阶段(超前工作面50 m以外)、快速升高阶段(超前工作面50 m至滞后150 m范围内)、稳定阶段(滞后工作面150 m以外);迎采对掘巷道变形破坏原因为采空区大面积悬顶产生的侧向支承压力与邻近工作面采动产生的动载相互叠加作用;提出的“密集孔切顶卸压及分段控制”技术具体为在工作面煤柱侧顶板布置直径65 mm、深度18 m、孔间距400 mm的密集钻孔,在工作面采动影响下,钻孔间塑性区导通,主动控制基本顶断裂位置。实践表明,采用密集孔卸压及分段控制技术对类似巷道围岩稳定性控制具有指导意义。

关键词：迎采对掘巷道采动影响密集孔卸压数值模拟分段控制

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炭窑坪煤矿迎采对掘巷道围岩支护-卸压协同控制技术研究

炭窑坪煤矿迎采对掘巷道围岩支护-卸压协同控制技术研究

引用

作者：邸旭峰太原理工大学

学位级别：硕士

近年来随着煤矿开采强度的增大,采掘接替紧张的局面普遍存在,迎采动工作面掘进巷道可有效缓解工作面接替紧张,但由于巷道在掘进过程中受相邻工作面采动影响,易出现围岩变形严重、巷道维护困难。本文以吕梁炭窑坪煤矿迎采对掘巷道为工程... 详细信息

近年来随着煤矿开采强度的增大,采掘接替紧张的局面普遍存在,迎采动工作面掘进巷道可有效缓解工作面接替紧张,但由于巷道在掘进过程中受相邻工作面采动影响,易出现围岩变形严重、巷道维护困难。本文以吕梁炭窑坪煤矿迎采对掘巷道为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟及现场试验结合的方法展开研究,对试验巷道开展地质力学测试及钻孔窥视,分析迎采对掘巷道覆岩结构演化特征,研究煤柱留设的合理宽度,对比不同间距钻孔的切顶卸压效果,提出迎采对掘巷道围岩支护-卸压协同控制技术,主要研究成果如下:(1)现场通过对以往巷道矿压显现调研发现:迎采对掘巷道容易发生围岩变形严重、支护构件失效、巷道维护困难等状况,主要原因是煤柱宽度不合理,导致巷道在迎采对掘过程中受到邻近工作面的强烈采动影响,不能有效减小迎采对掘条件下巷道的围岩变形。(2)通过建立采空区侧向顶板断裂模型,对顶板结构能量释放及煤柱失稳破坏条件进行理论分析,结果表明:煤柱的失稳破坏与承受荷载和煤柱强度具有相关性,通过改变顶板结构降低煤柱载荷、增加煤柱宽度、提高煤柱支护强度均可提高煤柱稳定性。(3)通过数值模拟对不同宽度煤柱切顶前后的塑性区,应力及围岩变形对比分析发现:煤柱宽度直接影响巷道围岩应力环境,随着煤柱尺寸的增加,巷道围岩的应力集中系数逐渐降低,巷道断面收缩率也相应减小,尤其是煤柱宽度由17 m增长为25 m阶段,垂直应力分布及变形特征改善最为明显,继续增大煤柱尺寸作用减小;切顶可有效缓解巷道围岩应力集中程度:当煤柱宽度为24 m时,切顶前,煤柱应力集中系数和巷道断面收缩率分别为3.33、32.88%,切顶后,煤柱应力集中系数和断面收缩率分别为2.14、5.44%;综合对比不同宽度煤柱切顶前后围岩应力分布及变形规律,最终确定煤柱宽度为25 m。(4)通过理论分析结合数值模拟对密集钻孔切顶进行可行性研究,确定了在钻孔直径为65 mm情况下,密集钻孔合理间距为400 mm;并在此基础上对100303运输顺槽迎采对掘过程中垂直应力与弹性能演化特征进行分析,迎采对掘过程中垂直应力及弹性能变化经历3个阶段:起始阶段(工作面前方50 m外)、快速升高阶段(工作面前方50 m至后方150 m)、稳定阶段(工作面后方150 m外),其中工作面前后30m范围受采动影响最为剧烈。(5)在留设25 m煤柱的基础上,给出了密集钻孔切顶卸压及分段支护协同控制技术方案,现场工业性试验表明:从巷道开掘至采动影响结束,巷道顶底板累计变形70～85mm,两帮累计变形110～130 mm,而巷道内部围岩受工作面采动影响后岩层特征变化较小,表明密集钻孔切顶卸压及分段支护协同控制技术实现了迎采对掘巷道围岩的有效控制。

关键词：迎采对掘巷道采动影响煤柱宽度密集钻孔围岩控制

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