迎采动工作面切顶卸压留小煤柱护巷矿压显现规律研究

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煤矿绿色开采中迎采动工作面留小煤柱掘巷可有效解决矿井采掘接替紧张局面,但迎采动掘巷受动压影响,巷道变形极其严重,而现有的围岩控制技术不能较好的解决此问题,这严重制约着煤炭资源的安全高效生产。迎采动工作面切顶卸压留小煤柱护巷技术,对解决这一难题具有重要的理论价值和实用意义。预裂爆破切顶方法可有效削弱采空区侧形成的悬臂岩梁及基本顶弧形关键块等传力结构的应力传递路径,并使矸石及时充填采空区对上覆顶板形成有效支撑,从而减小迎采动压对巷道稳定性的影响。本文以阜生煤业15#煤层1102工作面回采的同时1106工作面运输顺槽掘进,在1102运输顺槽超前预裂切顶为研究背景,采用现场调研、实验室试验、理论分析、数值模拟和工程实践等方法,研究迎采动工作面切顶卸压留小煤柱护巷矿压显现规律。得到主要研究成果如下:(1)通过现场钻孔窥视及钻孔取芯,结合收集相关地质资料明确了15#煤层赋存及1102和1106工作面的顶底板岩层分布情况;实验室测试得出15#煤层煤岩体的物理力学参数;基于关键层理论,确定了工作面上覆40m范围内岩层中亚关键层的位置。(2)对比传统沿空掘巷时巷道覆岩结构,分析了切顶卸压围岩控制机理;通过建立采空区垮落矸石堆积体支撑作用下的第二层亚关键层岩梁力学模型,分析了第二层亚关键层岩层的弯曲变形特征;将切顶卸压留小煤柱掘采全过程中巷道划分为五个阶段,分析了各阶段巷道覆岩结构破坏过程及围岩应力状态分布。(3)运用FLAC3D数值模拟软件,研究了有无切顶时迎采对掘过程中巷道围岩应力演化特征和位移变化规律,将其分为4个阶段;对比分析了有无切顶时各阶段巷道围岩应力与位移的大小,得出切顶后煤柱和实体煤壁内应力峰值相较于无切顶时最大降幅55.9%和35.8%,巷道顶底板移近量和两帮收敛量最大降幅为39.5%和35.1%;同时分析了切顶后本工作面回采过程中巷道应力和位移演化特征。(4)基于理论分析与数值模拟的结果,制定了1106运输顺槽支护方案并应用于现场工业性试验;根据矿压监测结果,得出了采动范围为超前50m~滞后80m,顶底板和两帮累积变形量为74mm和71mm,煤柱帮和实体煤帮最大应力集中系数为2.10和2.72;本工作面回采超前影响范围为40m,顶底板和两帮累积变形量为223mm和195mm,煤柱帮和实体煤帮应力集中系数最大为3.31和3.96。实现了迎采动工作面留小煤柱掘巷下巷道围岩的有效控制。
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