煤柱內沿空巷道采掘應力誘發(fā)底鼓機理與控制技術研究.pdf

1、長治、晉城、陽泉等高瓦斯礦井回采工作面常采用多巷布置方法治理工作面瓦斯，在相鄰工作面區(qū)段煤柱內布置沿空巷道（稱為“煤柱內沿空巷道”）可有效減小區(qū)段煤柱寬度并保證巷道整體穩(wěn)定。然而，兩側采動支承壓力疊加作用下，煤柱內沿空巷道底鼓強烈，成為制約工作面快速推進的瓶頸之一。本文綜合運用理論分析、數(shù)值計算、實驗室試驗、現(xiàn)場試驗等方法，系統(tǒng)研究了采掘擾動下煤柱內沿空巷道底板變形破壞過程、底鼓影響因素及影響規(guī)律、底鼓控制原理和技術等，取得如下研究成果

2、：
　　（1）研究得到了采掘工程擾動下煤柱內沿空巷道底板主應力演化規(guī)律，并采用空間力學模型分析了巷道底板巖層主應力值增量、水平較大主應力與巷道軸向夾角增量（簡稱為“夾角增量”）對底板巖層應力集中的影響。沿空巷道掘進階段近水平方向較大主應力增量和夾角增量為巷道底板巖層應力集中的最主要影響因素；二次采動影響期間，底板應力狀態(tài)變化主要由底板深部巖層近鉛垂方向主應力增量引起，水平主應力影響較小。
　　（2）采用彈塑性空間力學模型，在

3、合理煤柱寬度條件下，研究了采掘對煤柱內沿空巷道底板巖層塑性區(qū)擴展的作用規(guī)律。沿空巷道掘進期間，底板產生較大塑性區(qū)，且底角塑性區(qū)大于底板中線塑性區(qū)；二次回采期間，底板中線塑性區(qū)擴展較小，底角處塑性區(qū)大范圍擴展。
　?。?）結合巖石變形破壞能量理論，推導了受載巖石（體）耗散能比率Rd的計算式，并通過巖石力學試驗驗證了Rd與巷道底板圍巖峰后破壞程度的耦合關系，應用基于 FLAC3D開發(fā)的Rd計算模塊研究分析了煤柱內沿空巷道底板圍巖變形破

4、壞過程和底鼓機理。掘進期間，讓壓煤柱直接底首先積聚高應變能，隨后直接底變形破壞程度和范圍向沿空巷道另一側傳播，即沿空巷道底板破壞始于讓壓煤柱一側并向巷道和承壓煤柱一側底板漸變發(fā)展；二次回采階段，應變能積聚主要發(fā)生于沿空巷道承壓煤柱幫及其底板，導致底板變形破壞主要向巷道側向發(fā)展，而沿空巷道直接底體現(xiàn)為峰后巖體的再次變形破壞。
　　（4）揭示了原巖及采掘應力場、圍巖強度、煤巖接觸弱面力學性質等因素對煤柱內沿空巷道底鼓的影響規(guī)律。極限儲

5、能高的堅硬圍巖可有效降低底板巖層的變形破壞程度和底鼓量。煤巖接觸面強度越大，沿空巷道底板淺部積聚的應變能越小，底鼓顯現(xiàn)越弱，故減小煤巖接觸面的破壞也可有效控制底鼓。
　?。?）針對煤柱內沿空巷道底板變形破壞機制，提出了“底板切槽+底角錨桿+墩柱加固”的聯(lián)合底鼓控制技術。沿空巷道掘進期間，采用底板切槽技術減小淺部圍巖水平主應力集中，并研究得到了底板切槽合理尺寸計算式。穿面（指“煤巖接觸面”）底角錨桿可強化接觸面抗剪強度抑制底鼓，分析