杨柳煤矿厚硬顶板窄煤柱沿空掘巷围岩变形控制研究

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无煤柱(窄煤柱)护巷方式可有效避免煤炭资源的过渡浪费,改善采掘接替关系,但是沿空布置回采巷道的施工及维护条件更为复杂,且不同地区、不同矿井地质条件各不相同,盲目地全盘照搬经验公式,将给回采巷道的使用及后续工作面回采带来不必要的资源浪费和安全隐患。为此,本论文采用理论分析、数值模拟和现场工业性试验相结合的研究方法,以杨柳煤矿1077里回风巷地质条件为工程背景,开展厚硬顶板下沿空掘巷围岩变形规律研究及控制技术研究。本论文主要研究成果如下:(1)根据沿空巷道覆岩结构特征,分析了1075工作面采空区侧向煤壁支承压力分布规律,建立了1075工作面侧向的支承压力极限平衡计算模型。计算得出了1075工作面采空区侧向支承压力的峰值距离采空区边界5.22 m,影响范围为21.67 m。并通过煤柱极限平衡区宽度计算模型,初步确定1077工作面沿空掘巷煤柱宽度取值范围在4.69~5.41 m。(2)根据107采区地质条件,建立FLAC3D数值模型,模拟分析了留设3~8 m宽煤柱下巷道围岩应力、位移、破坏场演化规律,基于数值模型计算结果,评价各煤柱宽度下,巷道围岩应力、变形特征,选出最优煤柱宽度为5 m。(3)建立了离散元数值模型,分析了沿空巷道切顶前后围岩稳定性演变规律,简述了采用水力压裂方法解决沿空巷道应力集中现象的可行性。提出水力压裂切顶卸压方案,并在1077工作面开展了现场试验,实验结果表明卸压后实验段煤壁侧顶板最大下沉量平均减少了22.7%,采空区侧顶板最大下沉量平均减少了21.3%,巷道两帮最大移近量平均减少了23.5%,巷道变形量稳定时间减少了17.5%。(4)通过对水力压裂切顶卸压前、后的巷道围岩裂隙分布情况进行钻孔窥视,分析卸压后沿空巷道围岩改善情况。观测结果表明,水力压裂切顶卸压技术应用后,巷帮围岩裂隙发育深度由1.531 m降低至0.973 m,巷道采空区侧煤帮稳定性得到明显改善。(5)在原有支护参数的基础上,以巷道实地破坏特征为依据,提高支护参数针对性,降低支护成本。并基于1077工作面里回风巷支护工程实践,现场实测了试验段巷道围岩变形情况,验证了基于水力压裂切顶卸压的窄煤柱沿空巷道变形控制方案的合理性与可靠性。本论文有图65幅,表16个,参考文献79篇。
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