靜態(tài)破碎法在高瓦斯礦井巷道端頭頂板控制垮落中的應用研究.pdf

1、頂板堅硬程度、支護方式與強度、上覆巖層移動規(guī)律等因素影響著回采工作面端頭弧形三角區(qū)頂板的懸頂距離，過大的懸頂距離會導致該區(qū)域瓦斯?jié)舛瘸?，同時引起其它方面的問題，特別是高瓦斯礦井，弧形三角區(qū)懸頂問題已經成為亟需解決的難點問題。
　　本文探討了處理懸頂問題的兩種主要方法:預裂爆破和水壓致裂，對比這兩種技術方法的優(yōu)缺點及適用條件;結合陽煤集團三礦回采工作面端頭弧形三角區(qū)頂板的懸頂情況，得出預裂爆破和水壓致裂不適合高瓦斯礦井處理懸頂?shù)慕Y

2、論。本文引入“靜態(tài)破碎技術”處理高瓦斯礦井工作面端頭的懸頂?shù)臉嬒?，實現(xiàn)對弧形三角區(qū)頂板安全、高效、環(huán)保的控制垮落過程。
　　通過理論分析+實驗研究+現(xiàn)場工業(yè)性試驗相結合的方法，分析了回采巷道端頭弧形三角區(qū)形成條件及對周圍煤柱的影響，并計算了弧形三角區(qū)懸頂?shù)淖畲缶嚯x，通過對K8113工作面的鉆孔窺視，了解了工作面上覆巖層移動情況;研究了靜態(tài)破碎技術破巖機理，完成了靜態(tài)破碎劑的物理化學參數(shù)測定，包括:密度、容重、膨脹壓力、與水混合密度

3、、反應放熱量，以及膨脹壓力與孔徑關系、最佳水灰比等重要參數(shù)的測定;實驗室內得出了靜態(tài)破碎過程中巖體內裂紋產生形式;利用聲發(fā)射定位技術，監(jiān)測了裂紋擴展的全過程，得出了“裂紋擴展先從孔中下部孔壁開始”、“先發(fā)生裂紋先于后發(fā)生裂紋擴展”、“裂紋擴展速度先快后慢”、“垂直層理方向裂紋拓展速度大于平行層理方向裂紋拓展速度”等重要結論;依據(jù)彈性力學與裂紋力學理論，分析靜態(tài)破碎劑破巖過程中鉆孔周圍裂紋起裂、擴展及止裂過程，建立了靜態(tài)破碎裂紋擴展模型，

4、結果顯示:靜態(tài)破碎劑的作用力及裂紋擴展長度的關系，及裂紋擴展半徑;為了進一步確定破碎劑作用的機理以及合適的鉆孔布置參數(shù)，通過大型有限元軟件ANSYS4.0對煤體脹裂過程的效果進行模擬，得出鉆孔理想間排距應小于0.8m;設計了合理的鉆孔參數(shù)，然后在K8113工作面回風巷端頭實施了靜態(tài)破碎人工強制放頂技術，獲得了理想的試驗效果。
　　K8113工作面退錨、剪網都達到要求后，沒有經過懸頂處理的落山懸頂長度一般在20m以上。本研究工業(yè)性試

5、驗進行數(shù)小時后，當機頭向前推進3.2m后，落山巷道頂煤開始逐步冒落，老頂石灰?guī)r也逐步開始垮落;又推進約9.6m后，試驗區(qū)域已完全垮落。未處理懸頂時和注漿處理相比，懸頂距離減少了7.2m。
　　本研究的實施，避免了高瓦斯礦井回采巷道端頭懸頂帶來的通風死角和采空區(qū)漏風等安全問題，同時降低了切眼處和采空區(qū)兩側煤柱的支承壓力，驗證了靜態(tài)破碎技術適用于高瓦斯礦井人工強制放頂?shù)慕Y論。該研究成果在陽煤集團具有重要的推廣價值，同時為其他礦區(qū)處理類