坚硬顶板沿空留巷巷旁控制机理及支护技术研究

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坚硬顶板本身强度高、结构致密,基本顶一次破断后,通常在采空侧形成大面积悬顶,留巷矿压显现剧烈,在坚硬顶板条件下实施沿空留巷极其复杂困难,为煤矿安全生产和人员安全带来极大威胁。到目前为止,对沿空留巷坚硬顶板活动规律及采空侧顶板破断规律掌握不够,沿空留巷支护参数设计方法缺乏理论指导,不能很好地指导坚硬顶板沿空留巷工程实践。所以,对坚硬顶板沿空留巷巷旁控制机理及支护技术的研究是非常必要的。本文采用理论分析、数值模拟与现场试验的方法,旨在探究坚硬顶板沿空留巷巷旁控制机理,优化沿空留巷巷旁切顶支护技术。  通过对坚硬顶板沿空留巷采空侧基本顶破断特征和巷旁支护体的支护性能分析入手,建立采空侧基本顶二次断裂的力学模型,通过计算基本顶断裂岩块内应力、弯矩的变化分析,讨论了基本顶二次断裂位置与实体煤、巷旁支护的作用关系,在此基础上,通过改变巷旁支护力的大小来控制采空侧基本顶二次断裂的位置,揭示巷旁支护体与基本顶相互作用关系对沿空留巷的影响,进而减小沿空留巷围岩变形及其破坏范围,为设计合理的巷旁支护方式提供了理论依据。  通过FLAC3D数值模拟方法,研究了沿空留巷巷旁支护承载体对沿空留巷围岩应力及变形破坏的影响,探讨了沿空留巷采空侧顶板垂直应力分布与工作面推进距离的关系,得到了顶板垂直应力的时空演化规律,通过分析沿空留巷塑性区变化、采空侧顶板内剪应力的迁移等,表明了沿空留巷巷旁支护体不仅对留巷区域顶板起到了良好的支护作用,控制了留巷区域顶板下沉量,同时对采空侧顶板垮落也有很好的切顶作用,进一步揭示了沿空留巷巷旁支护体的作用机理。  针对坚硬顶板不易垮落、难切顶的特点,提出了“锚索+单体液压支柱”巷旁主动切顶支护方式支护参数的计算方法,设计了巷旁支护工艺流程,探讨了巷旁锚索排距与单柱柱距的定量关系,分析了巷旁锚索、单柱联合支护作用原理,揭示了沿空留巷巷旁主动支护的量化控制机理,实现了无人工造墙沿空留巷的开采技术,为坚硬顶板条件下沿空留巷巷旁支护方式提供了新思路。
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