【摘 要】
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由于我国煤炭资源的日益减少,对孤岛工作面进行回采能够更有效地提高我国煤炭资源的采出率,但孤岛工作面沿空掘巷一直位于应力降低区附近。因此,围岩变形大、支护难是孤岛工作面高效、安全回采的重要难题之一。本文以张集北矿17236孤岛工作面运顺为研究背景,采用相似材料模拟实验、理论力学分析、数值模拟等综合研究手段,在运输顺槽侧方工作面采完后的巷道变形机理、小结构应力拱及锚杆锚索协同作用进行了研究,得出以下结
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由于我国煤炭资源的日益减少,对孤岛工作面进行回采能够更有效地提高我国煤炭资源的采出率,但孤岛工作面沿空掘巷一直位于应力降低区附近。因此,围岩变形大、支护难是孤岛工作面高效、安全回采的重要难题之一。本文以张集北矿17236孤岛工作面运顺为研究背景,采用相似材料模拟实验、理论力学分析、数值模拟等综合研究手段,在运输顺槽侧方工作面采完后的巷道变形机理、小结构应力拱及锚杆锚索协同作用进行了研究,得出以下结论:（1）由相似模拟材料试验发现,相邻两侧工作面采空后,顶板覆岩出现裂隙并逐渐发育,使得破碎岩体压实采空区,煤柱位于侧向支承压力的应力降低区内。沿空掘巷开挖后,随着采空区顶板垮落导致上覆岩层的部分重量向实体煤上方转移,并且巷道和窄煤柱位于应力降低区。（2）分析了双向不等压应力环境下巷道塑性区形成的力学机制和演化规律,当围岩主应力大于其自身强度时,围岩会发生破坏并形成蝶形塑性区,且蝶形塑性区的碟叶方向特性非常明显,随着主应力方向的变化,蝶形塑性区的蝶叶方向也会发生偏转。当碟叶出现在顶底板以及两帮,造成巷道围岩变形破坏严重的现象。（3）对沿空掘巷小结构形成机制及稳定性影响因素分析,结果表明:沿空掘巷受到采掘扰动后会在大结构下形成“围岩-支护”小结构,“大-小”结构相互作用。当采空区拱脚承受小结构及周围覆岩载荷,拱脚的范围为煤帮流动区到塑性硬化应力区。（4）对锚杆-锚索支护应力场进行数值模拟分析,认为锚杆的参数可以在一定程度上提高支护强度,但并不能达到支护要求;锚杆-锚索协同支护可以将支护应力场有效改善围岩应力状态,提高围岩支护效果。（5）根据张集北矿17236的运顺沿空掘巷地质赋存情况,分析巷道围岩破坏特征,认为巷道变形大是由于高地应力、围岩岩性差以及侧向采动等多种影响因素造成的。提出以锚杆和长锚索为主的支护方案,补加帮部注浆锚索,但由于底板围岩岩性较差,在后期阶段巷道底鼓较为严重,应及时卧底。通过对运顺围岩表面变形数据分析可得,设计支护方案有效控制运顺的稳定性,能够长期保持巷道的稳定。图45表4参101
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