近距離煤層群采空區(qū)下底板破壞機理及巷道圍巖控制技術.pdf

1、為了達到有效控制近距離煤層群采空區(qū)下巷道圍巖變形的目標，論文采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗室物理相似模擬、現(xiàn)場工程試驗等方法，從研究近距離煤層群下行開采過程中，上部煤層采空區(qū)底板的破壞機理著手，得出了上部煤層底板破壞規(guī)律，然后對下部煤層巷道合理布置進行了研究，再針對巷道的圍巖特性提出與之相適應的支護方案，最后將研究成果工程實踐驗證。具體如下：
　　建立了壓力拱拱腳支承壓力計算模型以及壓力拱支承壓力作用下底板塑性區(qū)計算模型。近距離煤層

2、群下行開采過程中，壓力拱將上覆巖層載荷傳遞到底板，由于上下煤層間距較近，壓力拱對下部煤層及巷道造成一定程度的影響。壓力拱拱腳的影響區(qū)域大小、壓力拱的跨度、壓力拱的拱高、煤層采深等是壓力拱支承壓力大小的主要影響因素，這些因素也進一步影響壓力拱支承壓力對底板的破壞作用。
　　提出了采空區(qū)下伏巖層“拱—梁”組合結構模型。當采空區(qū)下伏巖層中存在厚硬的關鍵層時，關鍵層表現(xiàn)為梁的特征，對拱的發(fā)展起著控制作用。若底板壓力拱內(nèi)存在關鍵層，則在關鍵

3、層對其附近的煤層及巷道起到保護作用，若關鍵層破斷后，其附近巖層、煤層及巷道會隨關鍵層破段而遭受較大的破壞。
　　研究了下部煤層巷道布置方式，得出了布置下部煤層巷道的計算模型。當下部煤層位于上部煤層底板破壞帶之內(nèi)時，下部煤層巷道雖然無法避開上部煤層底板破壞帶的影響，但可通過調整水平距離避開上部煤層煤柱高應力區(qū)的影響。
　　研究了下部煤層巷道支護方式。當下部煤層巷道離上部煤層煤柱距離較近時，下部煤層巷道受到非均勻載荷影響，這種情

4、況下宜采用拱形支護。通過理論分析比較了矩形支護方式和拱形支護方式的受力特點，提出了宜采用拱形支護方式控制巷道圍巖變形。拱形支護體系頂部的彎矩和剪力明顯小于矩形支護體系，拱形支護可使最大主應力流線沿拱形支護體系形成了一個環(huán)狀壓力拱，形成拱效應，充分發(fā)揮圍巖自我承載能力。
　　對采空區(qū)下巷道破壞情況進行了分區(qū)，并給出了不同區(qū)域的支護原則。根據(jù)上部煤層采空區(qū)下底板破壞帶與下部煤層巷道松動圈的位置關系，將采空區(qū)下巷道的破壞情況分為未接觸區(qū)

5、、部分重疊區(qū)和完全重疊區(qū)三個區(qū)域，給出了判斷巷道所處區(qū)域的判據(jù)公式。給出了不同區(qū)域的巷道支護原則，在未接觸區(qū)內(nèi)，既可采用矩形支護，也可采用拱形支護；在部分重疊區(qū)內(nèi)宜采用拱形支護；在完全重疊區(qū)首先考慮拱形支護，當煤層間距極近時，可考慮采用可伸縮金屬支架架棚支護，斷面選用拱形。
　　將研究成果應用于陜西韓城礦業(yè)公司下峪口煤礦3號下煤層23305下工作面回風順槽的巷道布置和支護方案設計。主要應用成果為：運用近距離煤層群下行開采下部煤層巷

6、道位置計算公式得出該巷道與上部煤層煤柱邊緣水平距離大于41.6m時，可避開上部煤層煤柱支承壓力影響區(qū)。運用近距離煤層群采空區(qū)下巷道圍巖破壞分區(qū)判據(jù)公式得出該巷道位于“完全重疊區(qū)”。運用非均勻載荷作用下巷道支護形式確定該巷道采用拱形支護，根據(jù)完全重疊區(qū)巷道支護原則采用組合拱設計了支護方案。壓力觀測和巷道變形量觀測表明，該方案能有效地控制近距離煤層群采空區(qū)下巷道圍巖變形，證明論文中的近距離煤層群上部煤層底板破壞、下部煤層巷道布置以及支護方式