【摘 要】
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随着我国煤矿开采深度日益增加,原岩应力升高,煤柱的留设宽度越来越大,如此一来,不仅造成了煤炭资源的浪费,而且间隔煤柱在工作面回采后会形成应力集中,对下层煤安全生产造成
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随着我国煤矿开采深度日益增加,原岩应力升高,煤柱的留设宽度越来越大,如此一来,不仅造成了煤炭资源的浪费,而且间隔煤柱在工作面回采后会形成应力集中,对下层煤安全生产造成严重的威胁。此外间隔煤柱还要经历顺槽掘进,上、下区段工作面开采扰动三个阶段。随着开采程度的增加,间隔煤柱变形破坏程度越来越大,破坏规律极其复杂,因此间隔煤柱的稳定与否成为决定煤炭开采成败的关键。因此,通过煤柱加固的方法来改善煤柱的力学性能和整体性,提高间隔煤柱对上覆岩层载荷的承载能力,在间隔煤柱能够保持稳定的情况下,可以缩小煤柱的尺寸,提高资源的利用率。本论文以长平煤矿3号煤层4302工作面为研究背景,以长壁综放工作面间隔煤柱为研究对象,利用力学理论分析、数值模拟、现场实测的方法,研究了煤柱稳定的基本条件、煤柱合理留设宽度以及煤柱稳定性控制方法等,提出了“低预紧力高强度锚杆加固+特殊情况下注浆加固”的煤柱加固技术,在工程实践得到应用,并取得了一定研究成果:(1)利用关键层理论,建立了长壁综放工作面间隔煤柱在顺槽掘进、上区段工作面回采、下区段工作面回采三个不同阶段的力学模型,掌握了顺槽上覆岩层破断规律;通过分析关键块体对间隔煤柱稳定性的影响,揭示了煤柱保持稳定的基本条件为煤柱内部存在一定宽度的弹性核。(2)采用理论分析和数值模拟的研究方法,研究了间隔煤柱的支承压力分布规律以及动态演变过程,得出了间隔煤柱采空区侧边缘依次为压裂区、塑性区、弹性区、原岩应力区;并得出了合理煤柱宽度的计算公式为:(3)运用理论分析的方法,研究了煤柱基本力学行为特征、间隔煤柱与围岩的相互作用以及间隔煤柱稳定性,得出了长壁综放工作面间隔煤柱合理的加固方法——锚杆加固与注浆加固相结合。(4)基于整体强化的煤柱稳定性控制思想,提出了“低预紧力高强度锚杆加固+特殊情况下注浆加固”的煤柱加固方法。上述研究成果应用于长平煤矿3号煤层4302长壁综放工作面间隔煤柱加固,并通过现场实测的方法验证了其合理性。
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