【摘要】：傳統(tǒng)長壁開采沿空巷道掘進時,巷道所處應力環(huán)境復雜,圍巖控制困難,掘進時易發(fā)生安全事故。護巷煤柱留設寬度較小時,煤柱呈破碎狀態(tài),承載能力低;增大煤柱留設寬度,資源浪費嚴重;采用填充體護巷,填充體易產生劈裂破壞,且材料成本高。巷道圍巖大變形問題導致的煤礦事故頻繁發(fā)生,其中煤礦工作面事故約占總事故的85%,巷道事故約占工作面事故的90%以上,且多發(fā)生于巷道掘進過程中。無煤柱自成巷開采技術可以有效減弱周期來壓、減少采空區(qū)瓦斯、降低煤層自燃傾向,且能夠大幅度降低回采巷道掘進率、提高煤炭資源回收率、降低煤炭開采成本。該技術通過頂板定向切縫,實現卸壓,并利用礦山壓力及巖石碎脹特性自動形成巷道,從而實現不掘回采巷道、不留保護煤柱的新型長壁開采工藝。目前。眾多學者對切頂卸壓無煤柱自成巷開采技術開展了大量的研究,但是主要集中于理論分析、數值模擬和現場試驗,以往的模型試驗大多為平面模型,不能真實準確的模擬圍巖的應力狀態(tài)。因此,開展切頂卸壓無煤柱自成巷開采技術的三維地質力學模型試驗研究,明確圍巖破壞機理,可為現場自成巷支護設計提供指導,對煤礦安全高效生產具有重要意義。本文以檸條塔煤礦為工程背景,自主研發(fā)并開展了大型地質力學模型試驗,結合數值模擬和現場試驗,對無煤柱自成巷圍巖應力、位移演化規(guī)律進行了研究,主要研究工作及成果如下:(1)無煤柱自成巷開采技術關鍵參數研究針對現場工況,系統(tǒng)開展了不同切頂高度、切頂角度、錨索間距、錨索排距和煤層厚度等關鍵參數的數值模擬,明確了不同影響因素下的無煤柱自成巷圍巖變形破壞機制,揭示了無煤柱自成巷圍巖變形控制機制。(2)無煤柱自成巷模型試驗裝置研發(fā)研制了以反力裝置、高壓加載及液壓控制系統(tǒng)、切頂卸壓與自動成巷聯合采煤模擬裝置、高精度監(jiān)測系統(tǒng)為主要模塊的大型地質力學模型試驗裝置。研制的試驗裝置拼裝方便,具有壓力高、穩(wěn)定加載、長時保壓等優(yōu)點;液壓泵站可實現對每排油缸的單獨控制,模型洞口可實現多規(guī)格互換,且可實現超載破壞實驗。(3)無煤柱自成巷模型試驗相似材料研發(fā)根據原巖物理力學參數及模型試驗相似理論,進行了大量的模型相似材料測試試驗,按材料配比配制煤層、頂底板巖層及爆破切縫相似材料。(4)無煤柱自成巷模型試驗研究基于檸條塔煤礦現場工程地質條件,進行了切頂卸壓無煤柱自成巷開采過程地質力學模型試驗,分析了工作面推進過程中基本頂關鍵塊體的回轉下沉演化過程,確定了基本頂破斷失穩(wěn)規(guī)律,明確了上覆巖層移動規(guī)律,得到了無煤柱自成巷覆巖運動與巷道圍巖應力與變形規(guī)律。
【圖文】：

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本文編號：2615916