特定地質(zhì)條件沿空留巷應(yīng)用技術(shù)及理論研究.pdf

1、沿空留巷為回采巷道最終利用目標(biāo)，其留巷效果決定于巷道自身地質(zhì)條件及巷道前期圍巖控制質(zhì)量。本文基于川煤集團回采巷道不同復(fù)雜的地質(zhì)條件，以現(xiàn)場調(diào)研、理論分析、相似材料模擬、數(shù)值模擬為手段，建立了沿空留巷適應(yīng)性分級系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)煤層傾角及頂板完整性對沿空留巷適應(yīng)性影響最大，進而研究了特定地質(zhì)條件下，近水平近距離煤層群切頂成巷技術(shù)，大傾角煤層沿空留巷關(guān)鍵技術(shù)及完整性差的巷道軟頂巖體破壞機理，建立了沿空留巷頂板控制力學(xué)模型，系統(tǒng)分析了沿空留巷巷道前期

2、圍巖破壞特征及支護技術(shù)。論文主要內(nèi)容及成果如下：
　　1)建立沿空留巷適應(yīng)性分級系統(tǒng)。以煤層傾角、煤層厚度、巷道埋深、直接頂巖性、直接頂影響系數(shù)及頂板完整性等6個地質(zhì)因素評價沿空留巷適應(yīng)性，并通過層次分析法得到了6個地質(zhì)因素影響權(quán)重，發(fā)現(xiàn)煤層傾角、頂板完整性最高，即對沿空留巷適應(yīng)性影響最大。其次，根據(jù)統(tǒng)計的145條沿空留巷巷道信息及現(xiàn)場經(jīng)驗，確定了沿空留巷適應(yīng)性5個等級地質(zhì)因素取值范圍及每個等級留巷方式，并采用模糊綜合評判方法對川

3、煤集團礦井143條回采巷道進行了模糊等級匹配，分級結(jié)果得到了相關(guān)專家及工程師的普遍認(rèn)同。
　　2)提出切頂成巷垮落頂板“承載體結(jié)構(gòu)”模型。以白皎煤礦近水平近距離煤層群地質(zhì)條件為背景，開展了3條回采巷道切頂成巷平面相似材料模擬實驗，發(fā)現(xiàn)切頂垮落后，巷道周邊煤巖體出現(xiàn)明顯的卸壓現(xiàn)象；另外，3條回采巷道的留巷過程表明，當(dāng)存在一定切頂偏移角，切頂高度大于采高，且垮落頂板未破壞時，最終形成“承載體結(jié)構(gòu)”平衡模型，并對其進行受力分析，求解了巷

4、道頂板平衡控制力與切頂偏移角及切頂高度的函數(shù)關(guān)系。
　　3)提出大傾角煤層沿空留巷關(guān)鍵技術(shù)。通過對大傾角煤層老頂垮落結(jié)構(gòu)、采空區(qū)充填特征、垮落矸石動力效應(yīng)及應(yīng)力重分布分析后發(fā)現(xiàn)，相對于近水平緩傾斜煤層，大傾角煤層沿空留巷過程更有利于巷道圍巖穩(wěn)定。然而，垮落矸石自然充填為大傾角煤層沿空留巷方式，其關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)巷旁有效擋矸，新研發(fā)的擋矸裝置及注漿加固系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能很好抵抗垮落矸石沖擊力及加固矸石與底板。
　　4)研究了巷道軟

5、頂巖體破壞機理及支護技術(shù)?，F(xiàn)場調(diào)研了軟頂沿空留巷頂板破壞特征，發(fā)現(xiàn)受側(cè)向壓力卸壓松動作用、低位巖層不均衡支護與不耦合支護的局部拉伸剪切作用、反復(fù)加卸壓作用、動力擾動作用的嚴(yán)重影響，工作面端部頂板巖體大范圍破壞，完整性及穩(wěn)定性進一步惡化，并在沿空留巷滯后壓力穩(wěn)定區(qū)沿巷旁充填體外側(cè)剪切斷裂；最后，建立了關(guān)于煤層傾角、巷道寬度、軟頂厚度、錨桿安裝角等參數(shù)的錨桿極限拉力平衡方程，探討了軟頂支護對策。
　　5)探討了沿空留巷巷道前期松動圈斷

6、面特性。通過55條回采巷道松動圈地質(zhì)雷達測試，發(fā)現(xiàn)回采巷道松動圈皆屬于大松動圈，且頂板及高幫松動圈深度普遍大于低幫松動圈深度。然后，結(jié)合3DEC數(shù)值模擬結(jié)果及現(xiàn)場松動圈測試值，確定了回采巷道圍巖松動圈斷面范圍，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)巷道圍巖松動圈斷面呈橢圓形或者近似橢圓形，長軸沿著或者接近傾斜方向，短軸沿著或接近垂直層面方向，呈不對稱分布；另外發(fā)現(xiàn)，巷道斷面形狀及巷道掘進方式對松動圈斷面形狀的影響可忽略。
　　6)探討了松動圈圍巖基本支護初