【摘 要】
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本文以东滩煤矿63上06工作面轨道顺槽为工程背景,针对深部大断面沿空掘巷煤柱失稳和巷道围岩大变形的问题,采用现场调研、实验室测试、理论分析、数值模拟及工业性实验等方法,开展了现场调研工作并完成3上煤层及顶底板岩石的力学参数试验;研究了深部大断面巷道变形及顶板破断规律;揭示了煤柱宽度对不同采动阶段巷道围岩应力及变形特性的影响;以不同锚杆（索）参数产生的附加应力场体积作为判别依据得出了最优支护方案;将
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费专项资金（2020ZDPY0221）; 中央高校基本科研业务费专项资金（2021QN1003）; 国家自然科学基金面上项目（52174089）; 国家自然科学基金青年科学基金项目（52104106）
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本文以东滩煤矿63上06工作面轨道顺槽为工程背景,针对深部大断面沿空掘巷煤柱失稳和巷道围岩大变形的问题,采用现场调研、实验室测试、理论分析、数值模拟及工业性实验等方法,开展了现场调研工作并完成3上煤层及顶底板岩石的力学参数试验;研究了深部大断面巷道变形及顶板破断规律;揭示了煤柱宽度对不同采动阶段巷道围岩应力及变形特性的影响;以不同锚杆（索）参数产生的附加应力场体积作为判别依据得出了最优支护方案;将研究成果在63上06轨道顺槽进行现场应用,主要研究如下:（1）开展了现场调研工作并完成3上煤层及顶底板岩石的力学参数实验,分析得到巷道围岩大变形的主要原因:沿空巷道埋深达687.47m,地应力较大,高应力下巷道长期流变会增大巷道变形速率;巷道断面超过20m~2,巷道跨度大,顶板岩层离层、下沉、垮冒的概率增加;3上煤强度较低且留设煤柱尺寸小导致两帮变形严重;现有支护方式耦合度差,使得支护效能无法得到充分发挥。（2）建立了沿空巷道上覆岩层的力学模型,对顶板的周期垮落规律及基本顶的破断位置进行了分析,计算出理论上顶板破断位置及煤柱合理宽度范围。通过对不同断面、不同埋深及侧压系数的数值模拟揭示了深部大断面巷道变形规律,巷道总变形量随巷道断面、埋深及侧压系数的增大而增长。（3）基于63上06工作面地质条件建立了FLAC3D数值模型,通过掘巷前采空区侧向应力及塑性区分布规律,分析了煤体受破坏次数及巷道合理开挖位置;对掘巷期间不同煤柱宽度下各方向应力及位移分布规律进行了分析,优选出巷道围岩应力较低且煤体结构良好的煤柱宽度;对多次采动巷道超前支承应力场分布特征进行了分析,结合巷道变形情况,确定了超前支护范围为40m,煤柱最优宽度为5m。（4）通过量化支护构件在数值模型中产生的有效压应力区体积来界定支护构件的有效性,探究了支护构件产生的压应力场体积随支护参数变化的规律,分别对锚杆（索）的长度、间排距及角锚杆的角度进行了方案对比,优选出了边界支护参数。并对确定出的优选方案进行了支护效果三维可视化对比验证,结果表明优化支护方案对巷道的主动支护效果明显。（5）在63上06实验巷道开展了工业性试验。结果表明,巷道顶板的裂隙较少且处于锚固范围之内,支护构件的主动支护作用充分发挥,巷道现场整体控制效果较好,能够保证沿空巷道长时安全稳定。该论文有图65幅,表5个,参考文献98篇。
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