复合坚硬顶板巷道破坏分析及切顶卸压围岩控制技术研究

来源 :霍一军 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jaslxj
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不同地质岩层条件及开采方式使得矿压显现不尽相同,存在复合坚硬顶板常常会引起工作面采动影响范围增大,前方采区大巷受动压影响剧烈难以维护。在此情况下,若能避免煤柱尺寸被动增大、减少持续性返修投入、提高巷道稳定性将具有重要工程意义。因此,本文以华晋明珠矿20207工作面为研究背景,综合利用现场调研、理论分析、数值模拟、工业性实践等方法,重点研究了复合坚硬顶板爆破切顶条件下工作面超前支承应力演化规律,利用深孔爆破切顶卸压改变工作面前方应力分布,优化了停采线位置,得到以下主要研究成果:(1)通过钻孔窥视及煤岩体物理力学试验,结合矿井地质资料,了解了工作面顶、底板岩层岩性及层位特征,得到了煤岩层具体的物理力学参数。对顶板岩层进行关键层及复合坚硬顶板判别,明确了基本顶亚关键层分布及复合坚硬顶板岩层特征。(2)研究分析了复合坚硬顶板岩层破断运移规律,建立了巷道应力变形分析模型,得到了影响巷道稳定性的重要因素与影响规律,并结合数值模拟分析巷道围岩应力受工作面超前支承压力叠加,得出超前支承采动影响是采区大巷持续变形的主要因素,验证分析了现场采区大巷受采动影响情况。理论分析了工作面前方停采煤柱为宽煤柱与窄煤柱时应力分布与状态分区。若煤柱尺寸不足,工作面采动应力达到巷道围岩应力区,会对巷道应力区产生扰动从而影响巷道失稳变形。并基于断层理论,揭示爆破切顶后超前支承应力阻断卸压演化效果。(3)利用FLAC3D数值模拟软件,研究不同爆破切顶位置、切顶倾向、切顶高度因素对工作面前方采动应力演化的影响规律,分析得出:合理的爆破切顶方案可有效切断传递载荷的组合岩梁,减小了工作面采动影响范围。模拟对比有无切顶情况下大巷变形大小,切顶卸压后大巷围岩塑性区范围减小15.7%,围岩位移变形减小量均超过60%。故主动构造预裂面,切断以复合坚硬岩层为主的主要承载岩层,可有效维护了巷道稳定。(4)结合工程地质及现场条件,基于理论分析及数值模拟研究结果,制定了深孔爆破切顶实施方案,优化调整停采线位置为距回风大巷90m处,应用于工程试验,利用巷道表面位移监测对现场切顶卸压效果进行检测,围岩变形明显降低,顶底板变形约81mm,两帮移近量约70mm左右。最终得到结论:岩层爆破切顶卸压有效阻断了采动应力传递,缩短了工作面采动影响范围,减小了护巷煤柱尺寸,巷道围岩变形得到有效控制。
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