近距離煤層群采空區(qū)下底板破壞機(jī)理及巷道圍巖控制技術(shù).pdf

1、為了達(dá)到有效控制近距離煤層群采空區(qū)下巷道圍巖變形的目標(biāo)，論文采用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室物理相似模擬、現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)等方法，從研究近距離煤層群下行開(kāi)采過(guò)程中，上部煤層采空區(qū)底板的破壞機(jī)理著手，得出了上部煤層底板破壞規(guī)律，然后對(duì)下部煤層巷道合理布置進(jìn)行了研究，再針對(duì)巷道的圍巖特性提出與之相適應(yīng)的支護(hù)方案，最后將研究成果工程實(shí)踐驗(yàn)證。具體如下：
　　建立了壓力拱拱腳支承壓力計(jì)算模型以及壓力拱支承壓力作用下底板塑性區(qū)計(jì)算模型。近距離煤層

2、群下行開(kāi)采過(guò)程中，壓力拱將上覆巖層載荷傳遞到底板，由于上下煤層間距較近，壓力拱對(duì)下部煤層及巷道造成一定程度的影響。壓力拱拱腳的影響區(qū)域大小、壓力拱的跨度、壓力拱的拱高、煤層采深等是壓力拱支承壓力大小的主要影響因素，這些因素也進(jìn)一步影響壓力拱支承壓力對(duì)底板的破壞作用。
　　提出了采空區(qū)下伏巖層“拱—梁”組合結(jié)構(gòu)模型。當(dāng)采空區(qū)下伏巖層中存在厚硬的關(guān)鍵層時(shí)，關(guān)鍵層表現(xiàn)為梁的特征，對(duì)拱的發(fā)展起著控制作用。若底板壓力拱內(nèi)存在關(guān)鍵層，則在關(guān)鍵

3、層對(duì)其附近的煤層及巷道起到保護(hù)作用，若關(guān)鍵層破斷后，其附近巖層、煤層及巷道會(huì)隨關(guān)鍵層破段而遭受較大的破壞。
　　研究了下部煤層巷道布置方式，得出了布置下部煤層巷道的計(jì)算模型。當(dāng)下部煤層位于上部煤層底板破壞帶之內(nèi)時(shí)，下部煤層巷道雖然無(wú)法避開(kāi)上部煤層底板破壞帶的影響，但可通過(guò)調(diào)整水平距離避開(kāi)上部煤層煤柱高應(yīng)力區(qū)的影響。
　　研究了下部煤層巷道支護(hù)方式。當(dāng)下部煤層巷道離上部煤層煤柱距離較近時(shí)，下部煤層巷道受到非均勻載荷影響，這種情

4、況下宜采用拱形支護(hù)。通過(guò)理論分析比較了矩形支護(hù)方式和拱形支護(hù)方式的受力特點(diǎn)，提出了宜采用拱形支護(hù)方式控制巷道圍巖變形。拱形支護(hù)體系頂部的彎矩和剪力明顯小于矩形支護(hù)體系，拱形支護(hù)可使最大主應(yīng)力流線沿拱形支護(hù)體系形成了一個(gè)環(huán)狀壓力拱，形成拱效應(yīng)，充分發(fā)揮圍巖自我承載能力。
　　對(duì)采空區(qū)下巷道破壞情況進(jìn)行了分區(qū)，并給出了不同區(qū)域的支護(hù)原則。根據(jù)上部煤層采空區(qū)下底板破壞帶與下部煤層巷道松動(dòng)圈的位置關(guān)系，將采空區(qū)下巷道的破壞情況分為未接觸區(qū)

5、、部分重疊區(qū)和完全重疊區(qū)三個(gè)區(qū)域，給出了判斷巷道所處區(qū)域的判據(jù)公式。給出了不同區(qū)域的巷道支護(hù)原則，在未接觸區(qū)內(nèi)，既可采用矩形支護(hù)，也可采用拱形支護(hù)；在部分重疊區(qū)內(nèi)宜采用拱形支護(hù)；在完全重疊區(qū)首先考慮拱形支護(hù)，當(dāng)煤層間距極近時(shí)，可考慮采用可伸縮金屬支架架棚支護(hù)，斷面選用拱形。
　　將研究成果應(yīng)用于陜西韓城礦業(yè)公司下峪口煤礦3號(hào)下煤層23305下工作面回風(fēng)順槽的巷道布置和支護(hù)方案設(shè)計(jì)。主要應(yīng)用成果為：運(yùn)用近距離煤層群下行開(kāi)采下部煤層巷

6、道位置計(jì)算公式得出該巷道與上部煤層煤柱邊緣水平距離大于41.6m時(shí)，可避開(kāi)上部煤層煤柱支承壓力影響區(qū)。運(yùn)用近距離煤層群采空區(qū)下巷道圍巖破壞分區(qū)判據(jù)公式得出該巷道位于“完全重疊區(qū)”。運(yùn)用非均勻載荷作用下巷道支護(hù)形式確定該巷道采用拱形支護(hù)，根據(jù)完全重疊區(qū)巷道支護(hù)原則采用組合拱設(shè)計(jì)了支護(hù)方案。壓力觀測(cè)和巷道變形量觀測(cè)表明，該方案能有效地控制近距離煤層群采空區(qū)下巷道圍巖變形，證明論文中的近距離煤層群上部煤層底板破壞、下部煤層巷道布置以及支護(hù)方式