厚煤层沿空巷道切顶卸压和锚固协同围岩稳定性控制研究

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采场上方存在硬厚顶板时在超前支承应力影响下会使沿空巷道围岩处于高应力环境下,并且在厚煤层开采中顶板回转下沉空间较大,对沿空巷道的扰动周期和扰动强度较大,在高应力和强扰动下沿空巷道变形破坏严重,巷道支护难以维稳。为此本文以华晋吉宁煤矿厚煤层沿空巷道为工程背景,针对其大采高、双侧采空区、高应力、破坏程度高、难维护的特点,研究了厚煤层沿空巷道围岩结构应力演化规律,揭示了巷道变形失稳机理,从煤层采动围岩结构协调的角度,提出了切顶卸压与锚固协同围岩稳定性控制技术。针对顶板围岩大结构采用切顶卸压技术缓解巷道应力集中程度;针对巷道围岩小结构选择合理锚固支护方式、参数,增加支护强度,从而调动巷道围岩自身承载能力。取得了如下主要结论:(1)建立了吉宁煤矿2#煤层围岩结构力学模型,分析了采空区侧顶板运动特征及基本顶关键块对巷道围岩的荷载作用,运用理论公式和力学模型对顶板预裂卸压机理进行了分析,发现侧向采场上方悬臂长度越长,下沉回转角度越大,对巷道围岩的荷载就越大,所以切断悬臂梁减小其长度是卸压关键所在。(2)采用离散元数值仿真的方法对厚煤层开采全过程进行仿真分析,获得了工作面采动应力与采场围岩结构演化协调发展规律,并分析了煤柱两侧采空区造成双重支承应力叠加对煤柱区域应力集中的影响。(3)利用UDEC数值模拟软件对采空区顶板切顶卸压和巷道锚固的关键参数进行模拟分析,分别对比分析不同切顶高度(4m、8m、14m、18m)、不同切顶角度(0°、15°、30°、45°)和不同支护方式下采空区顶板垮落程度、围岩应力水平、巷道变形破坏程度,从而确定合理的切顶卸压与锚固参数。(4)根据数值模拟的最优切顶卸压和锚固参数进行物理模拟实验,研究确定了合适的相似材料配比参数,利用数字照相系统和应变砖、压力盒分别监测切顶卸压实验过程中模型的上覆岩层运动规律和应力演化规律,分析了采空区预裂顶板对煤柱及沿空巷道的卸压效果以及锚固协同作用下对沿空巷道的稳定性控制机理。
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