厚層放頂煤小煤柱沿空巷道采動影響段圍巖變形機理與強化控制技術研究.pdf

1、小煤柱沿空掘巷是綜放工作面實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、快速接替、提高煤炭資源采出率的重要支撐技術，在我國礦井應用十分廣泛。由于沿空掘巷位于采空區(qū)邊緣，服務期間經(jīng)受上工作面老頂側向破斷結構和本工作面采動影響，巷道圍巖應力環(huán)境惡化，圍巖穩(wěn)定性受到破壞，嚴重困擾著沿空掘巷技術的現(xiàn)場應用。
　　本文采用理論分析、數(shù)值計算和相似材料模擬相結合的研究方法，以采空區(qū)老頂側向破斷特征為切入點，研究了上工作面和本工作面回采過程中老頂兩次破斷結構特征以及對沿空巷道

2、圍巖應力的擾動規(guī)律，揭示了沿空巷道圍巖變形破壞機理，提出了通過控制小煤柱和底板變形的圍巖強化控制技術。主要成果如下：
　?。?）綜放工作面一次采動時側向老頂“三鉸拱”結構在破斷塊體鉸接點處產(chǎn)生極大的水平推力，對側向煤體應力擾動劇烈。本工作面煤柱上方、破斷老頂鉸接區(qū)域及工作面內(nèi)部等位置超前支承壓力影響距離及應力集中系數(shù)等方面存在差異，其中煤柱上方應力分布受側向老頂兩次破斷結構影響，并且在不同煤柱尺寸條件下其影響主導地位不同。

3、　?。?）揭示了本工作面老頂側向破斷形式與煤柱尺寸之間的關系：小煤柱時側向老頂由“固支梁”破斷變?yōu)椤般q支梁”破斷，破斷巖塊長度較大并在一定條件下發(fā)生二次破斷，得到隨煤柱尺寸增加，巷道圍巖變形由煤體強度主導向采動應力主導轉變的結論。
　　（3）根據(jù)對小煤柱受力特征和變形規(guī)律的研究，分析了小煤柱的變形失穩(wěn)機理。提出了煤柱內(nèi)部變形中性面的概念，中性面可以作為錨桿錨固的基點，錨桿支護可顯著增大煤柱中性面極限承載區(qū)的寬度與承載能力，實現(xiàn)小煤

4、柱的穩(wěn)定，形成了基于中性面的全塑性小煤柱強化控制技術。
　?。?）開展了在非對稱垂直壓力作用下沿空巷道底鼓機理研究，得到了硬軟層組合底板發(fā)生彎曲破斷和錯縱剪切抬升的判別公式，垂直壓力作用下，上位硬層的破斷是底板變形的分界點：初期硬層彎曲主導底板鼓起，限制下部軟層變形，后期硬層破斷使軟層失去束縛，軟層的破碎滑移成為底板變形的主體。
　?。?）根據(jù)沿空巷道底板變形特點，通過錨桿預緊力將底板巖層組合在一起，增加其抗彎強度的同時提高