【摘 要】
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预掘回撤通道在综采工作面进入末采阶段受采动影响剧烈,极易引发回撤通道围岩发生大变形而导致压架、冒顶等事故,严重制约了工作面的回撤效率。本文采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,对预掘单回撤通道受采动影响下的围岩应力分布以及顶板变形特征进行了研究,得到了单回撤通道围岩变形破坏规律,并基于断裂力学理论提出了强制放顶控制技术。主要研究内容及结论如下:(1)在回撤通道与工作面相距较远未产生相互影响
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预掘回撤通道在综采工作面进入末采阶段受采动影响剧烈,极易引发回撤通道围岩发生大变形而导致压架、冒顶等事故,严重制约了工作面的回撤效率。本文采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,对预掘单回撤通道受采动影响下的围岩应力分布以及顶板变形特征进行了研究,得到了单回撤通道围岩变形破坏规律,并基于断裂力学理论提出了强制放顶控制技术。主要研究内容及结论如下:(1)在回撤通道与工作面相距较远未产生相互影响时,基于弹性地基梁理论对回撤通道、工作面建立了基本顶力学模型,推导了顶板沉降量公式ω(x),分析得到了基本顶岩梁的变形规律、内力分布以及围岩的应力状态。对弹性模量E、悬露长度x0、工作面控顶强度f1、地基系数k、埋置深度H、帮部支护力P等参数进行了敏感性分析。(2)基于回撤通道与工作面之间的空间位置,将回撤通道应力场与工作面的应力场进行叠加,在回撤通道与工作面相对距离减小到某一值后,回撤通道受到工作面的采动影响。根据叠加后回撤通道应力场的状态,将贯通前回撤通道受扰动的过程分为开始受采动影响、受较大采动影响和受剧烈采动阶段。结合N1114工作面工程地质参数进行了理论计算,得出回撤通道开始受采动影响距离为78m,受较大采动影响距离为48.3m,受剧烈采动影响距离为5.16m。给出了回撤通道跨中沉降随工作面推进距离的关系曲线,贯通后回撤通道基本顶最大沉降量为101mm,并与S4断面监测结果进行了对比分析,有效验证了本文模型的合理性。(3)在回撤通道与工作面贯通后,根据基本顶的不同断裂位置存在基本顶在支架后方、在回撤通道上方和在非开采帮煤体前方断裂3种破坏形态,分析了每种破坏形态下回撤通道的稳定性。结果表明:贯通后基本顶断裂于回撤通道后方对回撤工作的开展最有利,断裂在回撤通道上方对支架回撤最为不利,断裂在回撤通道前方对围岩的稳定性最为不利。(4)基于有限元MIDAS/GTS数值模拟软件,建立了单回撤通道受工作面采动影响的计算模型,对回撤通道受采动影响的过程进行了模拟分析,分析结果与理论计算一致。(5)为保证回撤通道的稳定性,控制回撤通道顶板断裂在回撤通道后方,基于断裂力学理论,建立了倾斜裂隙的强制放顶断裂力学模型,推导了基本顶悬露长度的表达式,结合实际工程地质条件,进行了模型参数敏感性分析。
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