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随着开采深度的增加,巷道围岩条件越来越复杂,处于这种复杂环境下的软岩巷道更加难于维护,尤其是沿空掘巷。在高应力的作用下,巷道掘进初期就产生较大的变形,巷道矿压显现强烈,巷道围岩长期变形不止,表现为四周来压、整体收敛,直至巷道完全封闭报废,由此给深部软岩巷道的支护带来了很大的难度。本文以江西省丰城曲江煤炭开发有限责任公司“307工作面两巷围岩控制技术”项目为依托,采用现场试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,对深部复合顶板下煤巷围岩控制技术进行了系统的研究。 通过岩石力学实验得出了曲江矿区开采区域内具有代表性特征岩石的基本力学参数,为理论研究和数值分析提供了基础参数。 曲江煤巷支护属于深井高应力软弱围岩稳定性控制技术难题,通过理论分析、锚杆拉拔试验及现场调查分析得知造成煤巷发生大变形的主要原因有:煤层埋深大,应力集中程度高,煤体较为松散,锚索、锚杆支护失效,沿空掘巷护巷煤柱宽度不合理五个方面所造成的。 运用FLAC2D数值程序分析了锚杆预紧力、煤柱宽度对巷道围岩稳定性的影响,得出两者对维护巷道稳定性有重要的作用;确定了锚杆预应力在50KN~70KN,煤柱宽度在4m~6m时较为合理。由模拟计算的结果看出,307工作面沿空掘巷试验段采用锚网梁+预应力桁架锚索梁联合支护方式,锚杆预应力和巷道煤柱宽度在确定的合理范围时,巷道围岩的变形量得到了较好的控制。模拟分析选取的煤柱宽度与理论计算出的煤柱宽度基本吻合。 对桁架锚索梁结构的作用机理和力学行为进行了分析,为支护方式、材料的选取、支护设计参数的确定提供了理论依据。 将锚网梁+预应力桁架锚索梁联合支护方式应用于现场,从现场对巷道的控制效果和岩层探测试验对比表明,此技术有效的控制了巷道的变形,试验段围岩内部结构破坏程度明显减弱,顶板较为完整。巷道从掘进到工作面进行回采,试验段巷道顶底板、两帮的累积最大平均变形量分别为377mm、571mm,原支护方式段顶底板、两帮的累积平均变形量分别为1069 mm、1150 mm,以上数据显示,采用新支护方案用数值模拟的分析的结果与现场支护控制的效果基本一致。实践表明该技术可以在深井复合顶板巷道中进一步研究推广。 本论文得到国家自然科学基金项目(51074071)资助。