近距煤层大断面回采巷道底鼓机理及其防治对策

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回采巷道底鼓一直是困扰采矿工作的一个重要难题,而尤以近距煤层大断面回采巷道的底鼓问题更难解决。近距煤层开采过程中,下层巷道多受上部煤层开采的影响,最显著的情形是上层煤柱集中应力和下部煤层开采对回采巷道所形成的附加应力,使巷道难以维护。目前,随着高产高效的需要,回采巷道断面越来越大,在采动影响下巷道变形更加严重,底鼓现象更加突出,严重影响正常生产。为分析大断面回采巷道受近距煤层开采影响时发生底鼓的机理以及底鼓防治的有效技术方法,本文对其开展相关研究。本文主要研究近距煤层下层煤回采巷道的底鼓问题,采用理论知识、现场实测和数值模拟等手段,对近距煤层上部煤柱下方应力分布规律、巷道底鼓机理、巷道断面对底鼓的影响程度以及治理底鼓的方法进行了有益的探索。主要研究结论为:1)理论预测了补连塔矿1-2煤柱下方应力分布规律,在相同深度时,距离煤柱中心越远,应力越小,反之则应力越大;当深度不同时,随着距煤柱深度增加,其应力逐渐衰减,深度增加到一定程度,衰减速度逐渐减慢;煤柱底板的应力随着远离煤柱中心而衰减,在煤壁边缘附近衰减速度最快。补连塔1-2煤层的煤柱下方应力影响深度为80m,底板应力传播影响角17.6°。2)定义了3种底板岩梁组合结构形式,即上软-下硬型、上硬-下软型和均匀型。在水平应力作用下,底板岩层结构面易破坏,上软-下硬型叠合岩梁易产生离层。已离层的岩梁将不再是一个整体,单个分层的岩梁抗弯刚度较完整的叠合岩梁大为减小,岩梁临界应力将随之减小,更易失稳破坏,故底板叠合岩梁的岩性组合情况对底板压曲有十分重要的影响;并根据底板岩梁极限平衡区理论,得到底鼓量的理论计算公式。3)巷道断面大小与底鼓有密切的关系,随着巷道宽度增加,临界应力迅速降低;底板岩梁发生失稳的临界深度变小,大断面回采巷道更易受到底鼓的威胁;巷道宽度对底鼓量有严重的影响,底鼓量与巷道断面大致呈线性增加规律。4)以补连塔矿2-2煤层巷道底鼓为工程背景,通过理论分析和数值模拟,得出了合理煤柱宽度和内错距参数;并确定三种底鼓治理方案:帮顶加强支护+底锚杆、帮顶加强支护+混凝土反拱、帮顶加强支护+混凝土预制块+单体支柱,进行治理效果的比较分析,得出补矿最适宜的底鼓治理方案为帮顶加强支护+混凝土反拱。本文详细系统地研究大断面回采巷道受近距煤层影响时的底鼓防治问题,得到补连塔矿具体条件下底鼓机理和底鼓控制优化支护方案,可为今后的类似问题提供有益的借鉴。
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