综放沿空巷道围岩控制及其支护技术研究

论文摘要

为了提高煤炭回收率,在综放开采中沿空掘巷技术应用逐渐增多,而如何确定合理的沿空巷道位置,有效控制其围岩应力,并选择合理的支护方法与支护参数,已成为保障沿空巷道围岩稳定性的关键所在,也是目前巷道围岩控制及支护技术研究的热点。论文以神华宁煤集团石炭井二矿21053综放工作面沿空掘巷为工程背景,针对综放沿空巷道煤柱留设、巷道掘进及支护过程中存在的问题,采用数值模拟、工程类比、理论计算和现场试验研究相结合的方法,对综放沿空巷道围岩稳定性及其控制技术进行了初步探讨和研究。依据21053工作面的实际情况,应用FLAC-3D软件进行数值模拟,研究了不同保留煤柱宽度和支护参数对沿空巷道围岩稳定性的影响,探讨了采空区侧向支撑压力分布规律,得到了掘进及回采期间沿空巷道围岩应力、应变非对称性变化规律,并据此提出了21053综放工作面沿空掘巷锚网索支护设计方案。结合21053工作面异形煤柱特殊条件,采用数值模拟和现场监测、试验相结合的方法,分析了不同条件下沿空巷道围岩稳定性及其破坏特点,根据围岩塑性区扩展情况,将沿空巷道掘进及回采期间煤柱内是否存在稳定的弹性核作为评价煤柱稳定性的标准,综合考虑巷道稳定性、支护强度、支护及维护成本等因素,确定了试验工作面合理的保留煤柱宽度为8m。通过数值模拟、理论分析、现场综合监测与工业试验所得出的沿空巷道应力应变规律、煤柱尺寸和锚网索支护方案,对同类工程具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤柱留设研究现状
• 1.2.2 沿空掘巷矿压显现规律研究现状
• 1.2.3 沿空掘巷围岩控制与支护技术研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 论文研究的主要内容
• 1.3.2 研究方法及技术路线
• 1.3.3 拟达到的目的
• 2 沿空掘巷围岩控制理论研究
• 2.1 沿空掘巷围岩变形破坏机理分析
• 2.1.1 煤层巷道失稳力学机理
• 2.1.2 综放沿空巷道破坏形式
• 2.2 沿空掘巷合理位置的选择
• 2.3 煤柱宽度理论分析
• 2.3.1 煤柱极限强度计算
• 2.3.2 煤柱承受荷载的计算
• 2.3.3 合理煤柱宽度的弹塑性力学分析
• 2.4 本章小结
• 3 倾斜煤层沿空巷道围岩控制及支护技术数值模拟研究
• 3.1 数值模拟方法概述及FLAC 有限差分程序简介
• 3.1.1 数值模拟方法概述
• 3.1.2 FLAC 有限差分法简介
• 3.2 沿空巷道围岩稳定性数值模拟研究
• 3.2.1 数值模型的建立
• 3.2.2 采空区侧向支撑压力分布规律研究
• 3.2.3 沿空巷道围岩稳定性研究
• 3.3 沿空掘巷围岩控制技术数值模拟研究
• 3.3.1 模拟方案确定
• 3.3.2 数值模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 综放沿空巷道围岩控制及支护技术在石炭井二矿的应用
• 4.1 试验区工程概况
• 4.1.1 石炭井二矿试验工作面概况
• 4.1.2 地质构造和围岩特性
• 4.1.3 地应力
• 4.1.4 环境影响
• 4.2 综放沿空巷道围岩控制技术在石炭井二矿的应用
• 4.2.1 锚杆支护设计方法
• 4.2.2 锚杆支护破坏机理
• 4.2.3 沿空巷道围岩控制措施
• 4.3 实验巷道现场监测
• 4.3.1 现场监测的原则及内容
• 4.3.2 监测方案设计
• 4.3.3 监测数据处理及分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附图