大埋深近距离下位煤层回采巷道布置及围岩控制研究

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本文针对大埋深近距离下位煤层回采巷道小平距内错布置方式下高应力带来的大变形问题,以某矿埋深954 m、与己15煤层间距8~12 m的己16,17-31020工作面运输巷为研究对象,采用现场调研、实验室试验、理论分析和数值计算等方法,研究了上位煤层工作面采场支承压力分布、底板采动损伤特征、底板应力时空演化规律,提出了巷道大平距外错的布置方式和高强锚网索联合的围岩控制技术,主要成果如下:(1)通过对现场研究区域煤层及顶底板取样并做室内拉压剪试验,得到了巷道顶板、底板,煤层的单轴抗压强度分别为4.21 MPa、8.23 MPa、3.59 MPa,明确了煤层及顶底板均较软的特点;实测了内错10 m邻近巷道初期变形快及持续变形的围岩变形规律,明确了巷道处于上位煤层遗留煤柱应力集中区下导致围岩大变形的特征。(2)结合采场支承压力的分布特征、底板采动损伤的理论模型及底板应力的计算模型,研究了上位煤层开采过后底板的损伤特性,得到了底板被动应力区域边界长度为10.6 m;揭示了不同开采阶段时底板应力的时空演化规律,明确了上位煤层遗留煤柱底板集中应力水平距离不小于25 m。(3)基于理论计算得出的底板被动应力区域边界长度、煤层与顶底板摩擦系数、煤柱压力影响角及工作面开采效率、煤炭资源回收率等因素,提出了近距离下位煤层巷道大平距外错25 m的布置方式,并研究了该布置方式下巷道围岩的应力、位移分布特征。(4)结合不同支护方式下的优缺点与巷道的实际生产条件,提出高强锚网索支护方式,采用数值计算软件,系统分析了锚杆索间排距参数的变化对控制效果的影响,最终确定了“顶板间排距为1200×1600 mm的Ф22×6500 mm预应力锚索+顶板间排距为700×800 mm的Ф22×2600 mm高强预应力锚杆+两帮间排距为750×800 mm的Ф20×2400 mm高强预应力锚杆”的控制方案。(5)将选取的支护方案在己16,17-31020工作面运输巷进行工业应用,并提出了施工工艺与要求。监测结果表明,该支护方案下巷道顶板、两帮最大位移量分别为70 mm、100 mm,验证了大平距外错的布置方式能够有效避压,巷道所受应力小、支护效果好,可有效解决大埋深近距离煤层的大变形问题,可为条件相似的矿井提供借鉴。论文包含图60幅,表格8个,参考文献93篇。
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