大倾角异形回采巷道采动变形破坏规律及支护技术研究

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在大倾角煤层的开采过程中,具有应力分布不对称、围岩力学强度差、回采动压影响强烈等特点的大倾角异形回采巷道的片帮、冒顶、大变形等问题一直没有得到根本解决,严重制约了矿井的安全高效生产。因此,研究大倾角异形回采巷道采动变形破坏规律及支护技术对解决上述问题有重要的理论指导意义。通过物理试验、数值模拟和理论分析和现场实测综合研究手段,对新疆焦煤集团2130煤矿25221工作面大倾角异形运输巷在回采过程中的巷道变形破坏规律进行了系统研究,为类似问题的解决提供了技术参考,获得以下主要结论:(1)大倾角煤层开采相似实验中,支承压力峰值在5.71MPa~7.71MPa之间,增载系数在1.66~2.25之间,工作面回采对支承压力的影响范围为其前方约50m。(2)随着煤层倾角的增加,巷道应力场由对称状态向非对称状态转变,顶板垂直应力释放范围由中部向高帮方向移动,高帮垂直应力集中现象消失,低帮垂直应力集中现象加剧,顶板下沉量逐渐向低帮上部扩展且迅速增大,围岩破坏面积逐渐增加。(3)不同应力环境中,巷道顶底板以拉伸破坏为主,其他部位以剪切破坏为主,但无动载影响时,高帮中拉伸破坏面积占到了 29.9%,随着采动应力的增加,高帮拉伸破坏占比迅速下降,剪切破坏面积逐渐增加,而低帮顶角的破坏深度增幅最快,与此同时,围岩表面位移均呈直线或二次抛物线上升,顶板沉降量增幅最快,底鼓隆起量次之,低帮移近量增幅最小。(4)25221工作面运输巷具有动载时间短范围小,不对称变形破坏等特点,应以“分阶段设计,多层次验证,强弱结合,效益最大”为原则进行支护设计。(5)“锚网索梁”联合支护后现场实测回采过程中顶板下沉了 48.1mm、高帮移近量为28.5mm、底板隆起量为10.5mm,均在安全范围内。围岩受力状态得到明显改善,有效控制了巷道变形。
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