【摘要】：小煤柱沿空掘巷是綜放工作面實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、快速接替、提高煤炭資源采出率的重要支撐技術(shù),在我國礦井應(yīng)用十分廣泛。由于沿空掘巷位于采空區(qū)邊緣,服務(wù)期間經(jīng)受上工作面老頂側(cè)向破斷結(jié)構(gòu)和本工作面采動影響,巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境惡化,圍巖穩(wěn)定性受到破壞,嚴重困擾著沿空掘巷技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。本文采用理論分析、數(shù)值計算和相似材料模擬相結(jié)合的研究方法,以采空區(qū)老頂側(cè)向破斷特征為切入點,研究了上工作面和本工作面回采過程中老頂兩次破斷結(jié)構(gòu)特征以及對沿空巷道圍巖應(yīng)力的擾動規(guī)律,揭示了沿空巷道圍巖變形破壞機理,提出了通過控制小煤柱和底板變形的圍巖強化控制技術(shù)。主要成果如下:(1)綜放工作面一次采動時側(cè)向老頂“三鉸拱”結(jié)構(gòu)在破斷塊體鉸接點處產(chǎn)生極大的水平推力,對側(cè)向煤體應(yīng)力擾動劇烈。本工作面煤柱上方、破斷老頂鉸接區(qū)域及工作面內(nèi)部等位置超前支承壓力影響距離及應(yīng)力集中系數(shù)等方面存在差異,其中煤柱上方應(yīng)力分布受側(cè)向老頂兩次破斷結(jié)構(gòu)影響,并且在不同煤柱尺寸條件下其影響主導(dǎo)地位不同。(2)揭示了本工作面老頂側(cè)向破斷形式與煤柱尺寸之間的關(guān)系:小煤柱時側(cè)向老頂由“固支梁”破斷變?yōu)椤般q支梁”破斷,破斷巖塊長度較大并在一定條件下發(fā)生二次破斷,得到隨煤柱尺寸增加,巷道圍巖變形由煤體強度主導(dǎo)向采動應(yīng)力主導(dǎo)轉(zhuǎn)變的結(jié)論。(3)根據(jù)對小煤柱受力特征和變形規(guī)律的研究,分析了小煤柱的變形失穩(wěn)機理。提出了煤柱內(nèi)部變形中性面的概念,中性面可以作為錨桿錨固的基點,錨桿支護可顯著增大煤柱中性面極限承載區(qū)的寬度與承載能力,實現(xiàn)小煤柱的穩(wěn)定,形成了基于中性面的全塑性小煤柱強化控制技術(shù)。(4)開展了在非對稱垂直壓力作用下沿空巷道底鼓機理研究,得到了硬軟層組合底板發(fā)生彎曲破斷和錯縱剪切抬升的判別公式,垂直壓力作用下,上位硬層的破斷是底板變形的分界點:初期硬層彎曲主導(dǎo)底板鼓起,限制下部軟層變形,后期硬層破斷使軟層失去束縛,軟層的破碎滑移成為底板變形的主體。(5)根據(jù)沿空巷道底板變形特點,通過錨桿預(yù)緊力將底板巖層組合在一起,增加其抗彎強度的同時提高層間抵抗滑移剪切的能力,限制軟弱巖層的滑移空間,形成了整體滑移型底鼓限制技術(shù)。上述研究成果應(yīng)用于龐龐塔煤礦704工作面運輸平巷進行的工業(yè)性試驗,取得了成功。該論文有圖137幅,表14個,參考文獻153篇。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD353
【圖文】：

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圖 1-7 沿空巷道頂板弧形三角塊結(jié)構(gòu)Figure1-7 Arc Triangle Structure of Gob-side Roadway Roof沿空巷道圍巖結(jié)構(gòu)和維護特點，國內(nèi)外對沿空巷道上覆巖層傾斜方向上覆巖層的活動規(guī)律也開展了大量的研究。仁提出長壁工作面端頭頂板形成“三角形懸板”的觀點，開始

三維數(shù)值模型

本文編號：2780028