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本课题结合淮南矿业集团潘一煤矿的具体条件,基于现有的巷道“围岩-支护”相互作用理论,通过现场调查、理论分析、数值模拟、工程实例等研究方法,系统地研究松软易碎煤层沿空掘巷围岩变形破坏机理、支护压力计算方法、巷道矿压显现特征、围岩控制及合理支护方法。 在结合潘一矿11518工作面两巷松软易碎围岩的具体特性的基础上,基于摩尔库伦准则,分别分析了静压与受采动影响时巷道的变形特征,推导出简化模型下巷道围岩的位移场、应力场及塑性区的合理近似解析解,并确定巷道支护的关键在于缩小围岩变形的塑性区半径及其与支护强度的关系。 基于所建模型采用FLAC3D数值模拟软件得到了不同支护强度下松软易碎巷道矿压显现特点:围岩变形上表现为持续性、连续性的特点,随着巷道的开挖掘进巷道围岩变形会随着时间的增加也会逐渐增加但是其变形总量以及变形速率均会降低,同时在支护强度的作用下,这种表现会逐渐降低。支护强度达到以及超过0.30MPa时,松软易碎巷道持续性变形虽然不能完全被控制,但巷道支护效果显著,稳定性提高。 针对11518工作面的地质特点以及巷道围岩变形特征,结合变形机理,提出“岩性构造分区段支护”锚杆锚索协调支护方案。在构造复杂软弱易碎顶板区段内为了保证顶板的稳定性及完整性,在这种区段内采用“长短锚杆+锚索支护”的方案,更大范围的调动巷道深部围岩的能力,扩大岩体的共同承载,持续有效地提供有效的支护抗力,使得顶板形成以短锚杆的锥形体压缩作用形成的一级拱和以长锚杆形成的二级拱为要素的“组合梯度拱’’,从而实现了巷道围岩与支护体为整体的支护协调。 通过对潘一矿现场巷道监测数据显示:在掘进初期20~25天内,巷道围岩移近量大,变形速率较快,之后变化缓慢,巷道变形趋于稳定,松软易碎巷道的大变形等情况得到明显控制。