千米深井綜放沿空掘巷圍巖變形破壞演化機(jī)理及控制研究.pdf

1、以千米深井綜放沿空掘巷為研究對象，采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場探測、數(shù)值模擬、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和理論分析等相結(jié)合的手段，研究深井綜放沿空掘巷圍巖變形破壞特性，在此基礎(chǔ)上，對綜放沿空掘巷圍巖應(yīng)力及位移演化機(jī)理進(jìn)行了分析，揭示了不同煤柱寬度條件下圍巖變形破裂演化機(jī)制，通過建立深井綜放沿空掘巷巷幫圍巖力學(xué)分析模型，推導(dǎo)出煤體極限平衡區(qū)寬度和圍巖應(yīng)力位移計(jì)算公式，并結(jié)合數(shù)值模擬優(yōu)化和工程類比等手段，提出了一種深井綜放沿空掘巷煤柱寬度確定方法，根據(jù)圍巖變形

2、破壞特征，提出相應(yīng)的圍巖控制對策。論文得到以下主要結(jié)論:
　　(1)明確了千米深井綜放沿空掘巷的圍巖變形破壞特性，主要包括圍巖變形劇烈、流變性顯著，圍巖松動破壞極易超出錨固區(qū)，支護(hù)構(gòu)件破斷失效嚴(yán)重，煤體側(cè)向應(yīng)力峰值位置顯著大于中淺部礦井等，初步揭示了深井綜放沿空掘巷圍巖變形破壞的主要原因:巷道圍巖所處應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，巷道支護(hù)參數(shù)選擇不合理及巷道斷面尺寸大等。進(jìn)一步采用數(shù)值模擬方法，對煤柱寬度、斷面尺寸、煤層埋深、煤層采厚等不同因素對

3、圍巖應(yīng)力和位移分布的影響規(guī)律進(jìn)行了分析，進(jìn)一步闡明了圍巖變形破壞特性。
　　(2)開展了深井綜放沿空掘巷大型精細(xì)化地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，對不同煤柱留設(shè)寬度條件下圍巖應(yīng)力及位移演化機(jī)理和分布特征進(jìn)行了研究，揭示了深井綜放沿空掘巷在上工作面回采期間、巷道掘進(jìn)期間及本工作面回采期間全過程的圍巖變形破壞機(jī)制。
　　(3)考慮巷幫與頂?shù)装褰缑婷簬r體強(qiáng)度軟化特性，建立了深井綜放沿空掘巷煤柱幫和實(shí)體煤幫力學(xué)分析模型，推導(dǎo)出深井綜放沿空掘巷極限

4、平衡區(qū)寬度和兩幫煤體應(yīng)力位移理論計(jì)算公式，明確了煤層埋深、巷道高度、界面剪應(yīng)力剛度軟化系數(shù)和界面力學(xué)參數(shù)等因素對煤體極限平衡區(qū)寬度、圍巖應(yīng)力和位移分布的影響規(guī)律，為現(xiàn)場設(shè)計(jì)施工提供了重要的理論支撐。
　　(4)以煤體應(yīng)力極限平衡區(qū)寬度計(jì)算理論為基礎(chǔ)，綜合考慮工作面地質(zhì)條件、應(yīng)力環(huán)境、構(gòu)造需求等因素，結(jié)合數(shù)值模擬優(yōu)化和工程類比手段，提出了一種深井綜放沿空掘巷煤柱留設(shè)寬度確定方法?；谠摲椒?，依托趙樓煤礦具體工程實(shí)例，確定了類似地質(zhì)條

5、件下深井綜放沿空掘巷合理煤柱留設(shè)寬度。
　　(5)采用應(yīng)力在線和微震監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的方法對深井綜放工作面超前支承壓力分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)精確分析，提出工作面推采過程可以劃分為四個階段分析超前支承壓力分布特征，即工作面初采階段、工作面“初次見方”階段、工作面正常推進(jìn)階段和工作面“二次見方”階段，為工作面回采期間設(shè)計(jì)更加合理的超前支護(hù)距離和支護(hù)強(qiáng)度提供現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)。
　　(6)現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，趙樓煤礦千米深井綜放沿空掘巷煤柱留設(shè)