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随着煤炭产量不断提高,瓦斯含量超标已经成为制约中厚煤层工作面高产高效的主要原因。沿空留巷技术是治理工作面高瓦斯最有效的方式之一,并且还可大幅度提高煤炭资源回收率、降低回采巷道掘进率及工作面搬家时间,经济效益十分显著。本文在前人研究的基础之上,通过理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方式,对中厚煤层沿空留巷矿压特征进行研究,提出了中厚煤层沿空留巷围岩控制技术。主要研究工作如下:
(1)将侯朝炯的大、小结构概念引入中厚煤层沿空留巷围岩稳定性研究中。试验巷道上方较硬老顶岩层在浇筑体和采空区破碎岩石共同作用下重新平衡,形成的结构称为巷道围岩大结构。利用锚杆和锚索将不稳定直接顶锚固在一起形成的结构称为围岩小结构。
(2)建立中厚煤层沿空留巷力学模型,并对其进行力学分析得出结论:试验巷道在上下两工作面回采期间,关键块回转较大,但没有发生失稳。因此,如果能维护直接顶板稳定,在中厚煤层中实行沿空留巷是能够成功的。
(3)提出浇筑体必须既有足够的初始支承力,又有一定可收缩性。足够初始支承力能够保证浇筑体在采空区边缘将顶板切断,可收缩性能防止浇筑体被无法抗拒的大结构回转下沉破坏。
(4)对中厚煤层沿空留巷充填方案和锚杆支护参数进行了研究。利用ansys数值模拟分析方法,对不同支护方案下围岩位移及应力特征进行分析,最后确定浇筑体宽度和锚杆支护参数。
(5)将理论和数值模拟研究成果应用于屯兰矿工程实践中,并进行现场矿压观测。
(6)通过18207沿空留巷矿压显现规律进行分析和总结,对中厚煤层沿空留巷的可行性进行了评估。