【摘要】：在煤炭發(fā)掘歷程中,開采逐漸趨于深部環(huán)境,普遍地應(yīng)力增大,巖石構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育明顯,對巷道的穩(wěn)定及圍巖控制帶來極大的挑戰(zhàn)。本文針對晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)在準(zhǔn)備開采E1305工作面時因計劃復(fù)用的上區(qū)段工作面E13065巷由于煤體破碎出現(xiàn)坍塌垮落,破壞嚴(yán)重的問題。提出采用在E13065巷實體煤側(cè)新掘巷道留設(shè)小煤柱掘巷,考慮煤體破碎的特征,應(yīng)用理論分析,數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的研究方法,對臨空區(qū)域巷道位置的選擇進(jìn)行系統(tǒng)的研究,分析得到合理的留設(shè)煤柱寬度和支護(hù)方案,并指導(dǎo)礦方的生產(chǎn)實施。取得主要成果如下:(1)現(xiàn)場符合臨空區(qū)域內(nèi)的二次開采擾動,建立臨空區(qū)域覆巖結(jié)構(gòu)模型,研究在破碎煤體條件下臨空區(qū)域上覆巖層的垮落規(guī)律,分析上覆巖層的垂直壓力分布特征及小煤柱的承載能力,初步理論計算確定小煤柱合理寬度范圍。(2)通過有限差分軟件FLAC3D模擬不同寬度煤柱的條件下巷道在掘進(jìn)和回采時圍巖應(yīng)力、位移及塑性區(qū)演變規(guī)律,對模擬結(jié)果進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)分析,得到不同煤柱寬度、不同時期的圍巖應(yīng)力場及位移場等值線云圖和塑性區(qū)分布圖,確定了合理的小煤柱寬度為12m。(3)分析破碎煤體條件下巷道圍巖受擾動變化規(guī)律及控制原理,分析支護(hù)體與圍巖的作用機(jī)理,提出采用錨索網(wǎng)W鋼帶聯(lián)合支護(hù)來控制巷道在掘進(jìn)以及工作面回采時的圍巖變形。通過理論計算出巷道頂板及兩幫所需的錨桿錨索支護(hù)參數(shù)大致范圍,提出五種支護(hù)對比方案。采用FLAC3D數(shù)值模擬巷道在掘進(jìn)和E1305工作面回采期間五種支護(hù)參數(shù)下圍巖應(yīng)力、位移及塑性區(qū)演變規(guī)律,對比分析得出最優(yōu)方案四:幫部五根全長錨固錨桿,三根加長錨固錨索;頂板五根加長錨固錨索支護(hù)。(4)12m煤柱及支護(hù)方案四:幫部五根全長錨固錨桿,三根加長錨固錨索;頂板五根加長錨固錨索支護(hù)。工程實施于E1305工作面,根據(jù)在巷道掘進(jìn)期間及工作面回采期間的巷道變形量及錨桿受力情況進(jìn)行實測研究并分析了巷道支護(hù)設(shè)計的合理性和圍巖控制的有效性,確保回采巷道圍巖的穩(wěn)定性和生產(chǎn)的安全性。通過系統(tǒng)研究與分析,設(shè)計的12m的煤柱寬度與巷道支護(hù)參數(shù)成功應(yīng)用于E1305工作面的工程實施。使巷道圍巖穩(wěn)定性得到良好的控制,提高了煤層的回采率,具有重要的現(xiàn)實的經(jīng)濟(jì)意義。
【圖文】：

圍巖控制技術(shù)研究，現(xiàn)對此三方面的研究綜述如下。1.2.1 臨空區(qū)域內(nèi)上覆巖層運(yùn)移規(guī)律研究現(xiàn)狀早在 19 世紀(jì)初，國外學(xué)者就對地下開采活動造成上覆巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的規(guī)律進(jìn)行了研究。起初的學(xué)者以“固支梁”、“簡支梁”和“板”為理論構(gòu)件力學(xué)模型，“固支梁”假說認(rèn)為當(dāng)相鄰采區(qū)未開采或不受斷裂影響時，且回采工作面上方有強(qiáng)度高巖層存在，其下方軟巖層垮落后，不能充滿采空區(qū)，且工作面長度遠(yuǎn)大于跨度時，可以認(rèn)為位于工作面上方的強(qiáng)度高（硬且厚）巖層是插入前后方巖體中的無數(shù)個單位寬度的固支梁，如圖 1-1 所示。“簡支梁”提出當(dāng)相鄰采區(qū)采空或受斷裂影響時，且回采工作面上方有強(qiáng)度高巖層存在，其下方軟巖層垮落后，不能充滿采空區(qū)，且工作面長度遠(yuǎn)大于跨度時，可以認(rèn)為位于工作面上方的強(qiáng)度高（硬且厚）巖層如同無數(shù)個單位寬度的簡支梁�！鞍濉睂W(xué)說認(rèn)為把煤層上方巖層看作厚度不同的巖板組成。從開切眼開始隨工作面推進(jìn)，巖板面積不斷增大，當(dāng)巖板彎矩產(chǎn)生拉應(yīng)力大于巖板抗拉強(qiáng)度時，巖板破壞�？迓淝安蓤鲈谄浔Ｗo(hù)之下，以上巖層載荷通過這個板傳遞到采空區(qū)周圍的煤壁或煤柱上去。

圖 1-2 “懸臂梁”力學(xué)模型Figure 1-2 Mechanical model of "cantilever beam" 年德國學(xué)者哈克和吉利策爾提出“壓力拱”為理論構(gòu)建力學(xué)開采后上覆巖層的力以拱的形式作用于采場，采場中間以拱的形式作用于采空區(qū)垮落矸石之上和工作面前方煤體之上，三間為卸壓區(qū)，當(dāng)前后拱腳巖性一樣時，壓力拱為對稱拱，否則說的不足在于未給出巖層移動（拱運(yùn)動）的力學(xué)關(guān)系，對于采現(xiàn)象及采場支架與圍巖關(guān)系未作解釋，，如圖 1-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD353

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