三道沟煤矿煤柱外错式滑移机理和巷道支护研究

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神东矿区52煤层普遍含有泥岩软夹层,导致回采巷道和煤柱失稳,是困扰矿区安全生产的技术难题。三道沟煤矿4、8盘区5-2煤层回采巷道两帮在泥岩软夹层附近出现了片帮、脱锚、泥岩挤出和煤柱外错式滑移等破坏现象,严重威胁安全生产。本文以三道沟煤矿合理煤柱与巷道支护课题为依托,研究含夹矸泥岩煤柱外错式滑移机理和巷道支护技术,具有重要的理论意义和普遍的工程价值。本文通过现场实测和取样分析,采用X-衍射了测定了52煤层夹矸泥岩的矿物成分主要是蒙脱石和高岭石,具有流变性和膨胀性,是导致煤柱和巷道变形破坏的主要原因之一;对矿井3、4、8盘区回采巷道的顶板、底板和煤层进行了钻探取芯和围岩物理力学参数的测定,掌握了巷道围岩的具体柱状和物理力学参数;采用钻孔窥视方法,实测了巷道围岩内部的裂隙的发育状况,特别是水平离层和垂直裂隙的分布;通过回采巷道收敛变形实测,掌握了采动影响下含软夹层回采巷道的变形规律和破坏特征。采用物理相似模拟、数值计算(FLAC3D和UDEC)和理论分析相结合的方法,掌握采场围岩和煤柱的应力分布规律,明确了16m为安全煤柱的最低极限尺寸;揭示了采场覆岩垮落特征,提出了“顶板-煤柱”相互作用模型,确定了顶板载荷集中区位于巷道上部;通过构建了大比例煤柱外错滑移机理物理模型,揭示了相邻采场覆岩的垮落运动,在本工作面“巷道-煤柱”顶板造成大量垂直裂隙,煤柱中部的软夹层构成滑移面,使煤柱成为滑动支座,含垂直裂隙顶板在顶板压力作用下,裂隙扩张,导致顶板带动煤柱向采空区方向运动,形成煤柱的外错式滑移。根据外错整体滑移特点,结合极限平衡拱理论,提出了“适应滑移,限制滑移,控制破坏”的支护原则,设计了两帮锚索补强分段加固适应滑移,顶板锚索锚杆控制离层和水平位移限制滑移的支护方案。
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