沿空留巷圍巖應(yīng)力優(yōu)化與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制.pdf

1、沿空留巷是無煤柱連續(xù)開采、無煤柱煤與瓦斯共采以及煤層群連續(xù)卸壓開采等技術(shù)的空間基礎(chǔ),是解決瓦斯與動(dòng)力災(zāi)害、提高煤炭采出率、降低巷道掘進(jìn)率的重要保障,也是實(shí)現(xiàn)煤炭科學(xué)開采的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是沿空留巷位處采空區(qū)邊緣,服務(wù)期間經(jīng)受多次采動(dòng)影響,圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與巷道空間的維控都將受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。
　　本文采取物理模擬、數(shù)值計(jì)算和理論分析等綜合研究手段,從采空區(qū)側(cè)向頂板的巖層運(yùn)動(dòng)特征入手,細(xì)致分析了沿空留巷的頂板來壓機(jī)理,揭示了留巷圍巖的應(yīng)

2、力演化和最終分布規(guī)律,在此基礎(chǔ)上得到了通過側(cè)向頂板超前預(yù)裂實(shí)現(xiàn)留巷圍巖區(qū)域應(yīng)力優(yōu)化的思路,闡明了側(cè)向塊體的斷裂穩(wěn)定機(jī)制,從而形成了區(qū)域應(yīng)力控制技術(shù),并進(jìn)一步提出了圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制技術(shù)體系,主要結(jié)論如下:
　　(1)開采過程中采空區(qū)頂板先后出現(xiàn)分次垮落和一次性垮落兩種現(xiàn)象,在垮落巖層上部主離層空間的隔離之下頂板發(fā)生應(yīng)力分流,并經(jīng)過側(cè)向楔形區(qū)的傳遞作用向留巷圍巖施壓;頂板下沉量由斷裂前的撓曲下沉、斷裂時(shí)的旋轉(zhuǎn)下沉和斷裂后的壓縮下沉三部

3、分組成,因而對(duì)側(cè)向低位巖體的給定變形具有長期性;沿空留巷在頂板分次垮落時(shí)表現(xiàn)為多次來壓和長期漸緩變形,在頂板一次性垮落時(shí)表現(xiàn)為強(qiáng)烈來壓和短期劇烈變形。
　　(2)采場圍巖的采動(dòng)應(yīng)力在平面和空間上分別呈雙T型分布和應(yīng)力環(huán)分布,沿空留巷則位于峰值應(yīng)力T型區(qū)和谷值應(yīng)力T型區(qū)之間,留巷圍巖在頂板長期運(yùn)動(dòng)下持續(xù)弱化,整體處于低值應(yīng)力區(qū),采取深錨支護(hù)可調(diào)動(dòng)深部支承應(yīng)力環(huán)區(qū)巖體的高承載性能、約束淺部低值應(yīng)力環(huán)區(qū)巖體的變形。
　　(3)超前

4、預(yù)裂卸壓能夠加速老頂?shù)钠茢噙\(yùn)動(dòng)并有效緩解留巷頂板的壓力,卸壓后側(cè)向支承應(yīng)力向淺部轉(zhuǎn)移、應(yīng)力峰值有小幅降低,留巷圍巖變形得到明顯改善;斷裂塊體短期分離后還會(huì)再次接觸并形成巖拱結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)間的力學(xué)關(guān)系決定了頂板卸壓程度,因而懸臂長度存在優(yōu)化空間;提出了側(cè)向頂板的卸壓判據(jù)和懸臂長度的優(yōu)化方法。
　　(4)分析了留巷圍巖穩(wěn)定的影響因素:巷旁支撐體與頂?shù)装骞餐纬伞绊?墻-底”復(fù)合承載結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)剛度決定了承載效率;巷旁充填體的強(qiáng)度發(fā)展

5、與頂板壓力應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào);錨固盲區(qū)與等效跨度增大時(shí)不利巷道維護(hù)。
　　(5)提出了沿空留巷T型區(qū)圍巖分區(qū)治理的技術(shù)思路,形成了留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制技術(shù)體系:結(jié)構(gòu)上包括側(cè)向頂板預(yù)裂卸壓技術(shù)、巷道跨高比與墻體寬高比優(yōu)化技術(shù);支護(hù)上包括“三高”錨固技術(shù)、“高跨雙減”支護(hù)技術(shù)及深錨淺注支護(hù)技術(shù);巷旁支撐上包括膏體混凝土充填技術(shù)、砌塊式巷旁充填技術(shù)、鋼筒支柱式充填技術(shù)及高水材料充填技術(shù);留巷長度上包括全長沿空留巷技術(shù)和階段性沿空留巷技術(shù)。<