煤柱內(nèi)沿空巷道采掘應(yīng)力誘發(fā)底鼓機(jī)理與控制技術(shù)研究.pdf

1、長治、晉城、陽泉等高瓦斯礦井回采工作面常采用多巷布置方法治理工作面瓦斯，在相鄰工作面區(qū)段煤柱內(nèi)布置沿空巷道（稱為“煤柱內(nèi)沿空巷道”）可有效減小區(qū)段煤柱寬度并保證巷道整體穩(wěn)定。然而，兩側(cè)采動(dòng)支承壓力疊加作用下，煤柱內(nèi)沿空巷道底鼓強(qiáng)烈，成為制約工作面快速推進(jìn)的瓶頸之一。本文綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)等方法，系統(tǒng)研究了采掘擾動(dòng)下煤柱內(nèi)沿空巷道底板變形破壞過程、底鼓影響因素及影響規(guī)律、底鼓控制原理和技術(shù)等，取得如下研究成果

2、：
　?。?）研究得到了采掘工程擾動(dòng)下煤柱內(nèi)沿空巷道底板主應(yīng)力演化規(guī)律，并采用空間力學(xué)模型分析了巷道底板巖層主應(yīng)力值增量、水平較大主應(yīng)力與巷道軸向夾角增量（簡稱為“夾角增量”）對底板巖層應(yīng)力集中的影響。沿空巷道掘進(jìn)階段近水平方向較大主應(yīng)力增量和夾角增量為巷道底板巖層應(yīng)力集中的最主要影響因素；二次采動(dòng)影響期間，底板應(yīng)力狀態(tài)變化主要由底板深部巖層近鉛垂方向主應(yīng)力增量引起，水平主應(yīng)力影響較小。
　?。?）采用彈塑性空間力學(xué)模型，在

3、合理煤柱寬度條件下，研究了采掘?qū)γ褐鶅?nèi)沿空巷道底板巖層塑性區(qū)擴(kuò)展的作用規(guī)律。沿空巷道掘進(jìn)期間，底板產(chǎn)生較大塑性區(qū)，且底角塑性區(qū)大于底板中線塑性區(qū)；二次回采期間，底板中線塑性區(qū)擴(kuò)展較小，底角處塑性區(qū)大范圍擴(kuò)展。
　　（3）結(jié)合巖石變形破壞能量理論，推導(dǎo)了受載巖石（體）耗散能比率Rd的計(jì)算式，并通過巖石力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證了Rd與巷道底板圍巖峰后破壞程度的耦合關(guān)系，應(yīng)用基于 FLAC3D開發(fā)的Rd計(jì)算模塊研究分析了煤柱內(nèi)沿空巷道底板圍巖變形破

4、壞過程和底鼓機(jī)理。掘進(jìn)期間，讓壓煤柱直接底首先積聚高應(yīng)變能，隨后直接底變形破壞程度和范圍向沿空巷道另一側(cè)傳播，即沿空巷道底板破壞始于讓壓煤柱一側(cè)并向巷道和承壓煤柱一側(cè)底板漸變發(fā)展；二次回采階段，應(yīng)變能積聚主要發(fā)生于沿空巷道承壓煤柱幫及其底板，導(dǎo)致底板變形破壞主要向巷道側(cè)向發(fā)展，而沿空巷道直接底體現(xiàn)為峰后巖體的再次變形破壞。
　?。?）揭示了原巖及采掘應(yīng)力場、圍巖強(qiáng)度、煤巖接觸弱面力學(xué)性質(zhì)等因素對煤柱內(nèi)沿空巷道底鼓的影響規(guī)律。極限儲(chǔ)

5、能高的堅(jiān)硬圍巖可有效降低底板巖層的變形破壞程度和底鼓量。煤巖接觸面強(qiáng)度越大，沿空巷道底板淺部積聚的應(yīng)變能越小，底鼓顯現(xiàn)越弱，故減小煤巖接觸面的破壞也可有效控制底鼓。
　　（5）針對煤柱內(nèi)沿空巷道底板變形破壞機(jī)制，提出了“底板切槽+底角錨桿+墩柱加固”的聯(lián)合底鼓控制技術(shù)。沿空巷道掘進(jìn)期間，采用底板切槽技術(shù)減小淺部圍巖水平主應(yīng)力集中，并研究得到了底板切槽合理尺寸計(jì)算式。穿面（指“煤巖接觸面”）底角錨桿可強(qiáng)化接觸面抗剪強(qiáng)度抑制底鼓，分析