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为提高煤炭资源的利用率,沿空掘巷技术得到广泛应用,在深部矿井中存在着地应力大、围岩破坏严重和巷道支护困难的问题,而如何在深部矿井高应力范围内确定合理的区段煤柱尺寸,保证巷道围岩和煤柱的稳定性成为沿空掘巷技术的关键所在。论文以小港矿为依托,提出一种带采区段煤柱上位切顶沿空掘巷技术:在上区段工作面进行开采过程中,间隔一定宽度煤柱掘进下区段运输巷,采掘相向进行,同时,工作面带采一定宽度的区段煤柱,再对其上位顶板进行侧向切顶,使基本顶在采空区一侧断裂,降低区段煤柱的应力集中;在下区段进行回采时,再带采一定尺寸的剩余区段煤柱,最大程度的回收了区段煤柱并回收了煤柱两侧的锚杆,提高了经济效益。 论文采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的综合方法对该技术进行了系统的研究。首先,建立了采空区侧向顶板结构力学模型,对带采切顶和不带采两种情况下不同的力学结构及对护巷煤柱稳定性影响进行了分析,分析结果表明带采切顶能有效降低护巷煤柱的集中应力;其次,针对不带采时不同宽度的区段煤柱和带采切顶情况下,采用FLAC3D数值模拟软件对沿空掘巷围岩应力状态及位移量进行了模拟研究,并结合理论计算结果,确定了区段煤柱及带采煤柱的尺寸;接着通过对现场实测数据的分析和数值模拟研究,确定了采掘相向安全距离和背向安全距离;然后通过对深孔预裂爆破和带采技术的研究,制定了切顶爆破方案和带采方法;最后通过对锚杆支护理论的研究,对小港矿71102运输巷支护方案和参数进行了设计。 该技术在小港矿七采区11煤层的71101和71102工作面中进行了试验,对沿空巷道的围岩变形和锚杆受力等进行了现场监测,监测数据表明,巷道的稳定性较好,能够满足矿井安全的需求,达到了预期的效果,表明该技术在类似矿井的应用是可行的。 深井两次带采区段煤柱上位切顶沿空掘巷技术,为深井沿空掘巷提供了新的途径。