东庞矿孤岛工作面沿空掘巷围岩控制技术研究

摘要

在中国许多煤矿由于采区内工作面回采常采用跳采接续方式，普遍存在孤岛工作面，由于孤岛工作面存在应力集中，矿压显现较一般工作面剧烈，来压强度相比较常规工作面高，常规的巷道围岩支护技术难以控制巷道围岩变形，导致巷道支护困难，影响工作面推进速度。采用合理技术解决孤岛工作面回采，对提高采区煤炭资源回采率，延长矿井的服务年限，避免煤炭资源浪费，具有重要意义。论文以东庞矿21215孤岛工作面轨道巷为工程背景，通过理论分析，并结合数值模拟对比验证，现场工业性试验实测等方式，分析研究了孤岛工作面沿空掘巷的巷道围岩变形规律和煤柱内的应力分布规律，合理煤柱宽度的确定和巷道围岩支护参数的设计优化。通过研究主要取得以下成果： （1）通过数值模拟得到孤岛工作面形成时的应力分布特征，从工作面中间到煤柱边缘垂直应力分布呈现对称分布，其应力分布形态为“马鞍”形。 （2）通过理论计算得到了6.58m的最小合理煤柱宽度，并通过数值模拟分析了巷道掘进期间和工作面回采期间煤柱宽度对煤柱应力分布的影响规律和煤柱宽度对巷道围岩变形的影响规律，最终确定了7m合理的煤柱宽度。 （3）通过现场的巷道围岩钻孔窥视结果得到巷道不稳定岩层高度，计算确定了锚索支护长度。 （4）通过理论计算确定锚杆的长度和载荷大小，并根据计算结果确定了锚杆的长度为2.4m，锚杆型号为BHRB400高强度左旋无纵筋全螺纹钢锚杆。通过数值模拟分析了锚杆长度和间排距对巷道支护效果的影响，确定了巷道的支护参数和支护形式。 （5）将巷道围岩控制技术方案在现场进行工业性试验，归纳分析了现场矿压监测数据，通过对巷道围岩变形量的观测和锚杆（索）的受力监测，在巷道掘进期间巷道围岩变形量较小，锚杆（索）受力稳定，支护技术方案有效控制了巷道围岩变形，提高了围岩的稳定性，很好控制了巷道围岩变形。

目录

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致谢

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2.1沿空掘巷上覆岩层结构特征

1.2.2沿空掘巷煤柱宽度研究现状

1.2.3沿空掘巷支护理论技术现状

1.3主要研究内容

（1）孤岛工作面煤岩体承载特性

（2）巷道围岩变形特征与影响因素分析

（3）巷道围岩控制技术研究

（4）现场工业性试验验证

1.4研究方法及技术路线

2工程地质概况

2.1矿井简介

2.1.1工作面特征

2.1.2水文地质

2.2实验室围岩力学参数测试

2.3数值计算模型的建立

2.3.1孤岛工作面形成过程中应力分布特征

2.4本章小结

3沿空掘巷窄煤柱合理宽度的研究确定

3.1孤岛工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度的理论计算

3.2孤岛工作面沿空掘巷煤柱稳定性数值模拟研究

3.2.1煤柱宽度的数值模拟方案

3.2.2巷道掘进期间煤柱宽度对煤柱应力分布的影响规律

3.2.3巷道掘进期间煤柱宽度对巷道围岩变形的影响规律

3.2.4工作面回采期间煤柱宽度对煤柱应力分布的影响规律

3.2.5工作面回采期间煤柱宽度对巷道围岩变形的影响规律

3.3本章小结

4孤岛工作面沿空掘巷围岩控制技术研究

4.1锚杆支护控制机理

4.2锚杆支护形式和参数选择原则

4.3工作面巷道锚杆支护设计优化

4.3.1提升锚（索）杆的预应力

4.3.2增强护表构件与围岩变形的适应性

4.4锚索支护参数设计

4.4.1巷道围岩钻孔窥视

4.5锚杆支护参数设计

4.5.1锚杆支护理论计算

4.5.2巷道支护参数模拟

4.6支护参数的确定

4.6.1顶板支护设计

4.6.2巷帮支护设计

4.7本章小结

5工业性试验

5.1轨道巷掘进期间矿压监测结果分析

5.1.1巷道围岩变形量观测及分析

5.1.2巷道锚（索）杆受力监测及分析

5.2本章小结

6主要结论

参考文献

作者简历

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