厚層放頂煤小煤柱沿空巷道采動影響段圍巖變形機(jī)理與強(qiáng)化控制技術(shù)研究.pdf

1、小煤柱沿空掘巷是綜放工作面實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、快速接替、提高煤炭資源采出率的重要支撐技術(shù)，在我國礦井應(yīng)用十分廣泛。由于沿空掘巷位于采空區(qū)邊緣，服務(wù)期間經(jīng)受上工作面老頂側(cè)向破斷結(jié)構(gòu)和本工作面采動影響，巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境惡化，圍巖穩(wěn)定性受到破壞，嚴(yán)重困擾著沿空掘巷技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。
　　本文采用理論分析、數(shù)值計算和相似材料模擬相結(jié)合的研究方法，以采空區(qū)老頂側(cè)向破斷特征為切入點，研究了上工作面和本工作面回采過程中老頂兩次破斷結(jié)構(gòu)特征以及對沿空巷道

2、圍巖應(yīng)力的擾動規(guī)律，揭示了沿空巷道圍巖變形破壞機(jī)理，提出了通過控制小煤柱和底板變形的圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)。主要成果如下：
　?。?）綜放工作面一次采動時側(cè)向老頂“三鉸拱”結(jié)構(gòu)在破斷塊體鉸接點處產(chǎn)生極大的水平推力，對側(cè)向煤體應(yīng)力擾動劇烈。本工作面煤柱上方、破斷老頂鉸接區(qū)域及工作面內(nèi)部等位置超前支承壓力影響距離及應(yīng)力集中系數(shù)等方面存在差異，其中煤柱上方應(yīng)力分布受側(cè)向老頂兩次破斷結(jié)構(gòu)影響，并且在不同煤柱尺寸條件下其影響主導(dǎo)地位不同。

3、　　（2）揭示了本工作面老頂側(cè)向破斷形式與煤柱尺寸之間的關(guān)系：小煤柱時側(cè)向老頂由“固支梁”破斷變?yōu)椤般q支梁”破斷，破斷巖塊長度較大并在一定條件下發(fā)生二次破斷，得到隨煤柱尺寸增加，巷道圍巖變形由煤體強(qiáng)度主導(dǎo)向采動應(yīng)力主導(dǎo)轉(zhuǎn)變的結(jié)論。
　?。?）根據(jù)對小煤柱受力特征和變形規(guī)律的研究，分析了小煤柱的變形失穩(wěn)機(jī)理。提出了煤柱內(nèi)部變形中性面的概念，中性面可以作為錨桿錨固的基點，錨桿支護(hù)可顯著增大煤柱中性面極限承載區(qū)的寬度與承載能力，實現(xiàn)小煤

4、柱的穩(wěn)定，形成了基于中性面的全塑性小煤柱強(qiáng)化控制技術(shù)。
　　（4）開展了在非對稱垂直壓力作用下沿空巷道底鼓機(jī)理研究，得到了硬軟層組合底板發(fā)生彎曲破斷和錯縱剪切抬升的判別公式，垂直壓力作用下，上位硬層的破斷是底板變形的分界點：初期硬層彎曲主導(dǎo)底板鼓起，限制下部軟層變形，后期硬層破斷使軟層失去束縛，軟層的破碎滑移成為底板變形的主體。
　　（5）根據(jù)沿空巷道底板變形特點，通過錨桿預(yù)緊力將底板巖層組合在一起，增加其抗彎強(qiáng)度的同時提高