坚硬顶板薄煤层沿空留巷底鼓形成机理及控制技术研究

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坚硬顶板薄煤层工作面回采过程中,沿空巷道受采动影响发生较大的围岩变形,底鼓现象尤其严重,严重影响了工作面的安全有序高速生产。本文以姜家湾煤矿8213工作面2213机轨合一巷为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场监测等手段,研究了坚硬顶板薄煤层沿空留巷底鼓机理,分析了引起巷道底鼓主要影响因素,设计了2213机轨合一巷成套底鼓控制技术,主要结论如下:
  (1)根据底鼓成因及地质因素,确定姜家湾煤矿2213机轨合一巷属于包括挤压流动底鼓与挠曲褶皱底鼓的复合型底鼓,而引起巷道底鼓的主要原因是底板2.7m软弱砂质泥岩、水平构造应力及不合理的支护方式。
  (2)建立了沿空留巷底鼓力学模型,推导出沿空留巷过渡期底鼓量计算公式,并根据2213机轨合一巷现场工程地质条件,计算得知2213机轨合一巷稳定后底鼓量为0.242m,与实测结果基本一致。
  (3)通过算例分析和数值模拟,研究了不同工程地质条件下巷道底鼓量变化规律。结果表明,随着巷道埋深及构造应力的增加,巷道底鼓量急剧增大;实体煤帮支护阻力可有效控制巷道底鼓,加强对实体煤帮的支护,有利于实现巷道围岩的稳定;巷道宽度、充填体宽度及充填体弹模的增大,同样导致巷道底鼓量的增加。
  (4)对比分析了不同类型底板控制技术条件下的垂直应力与垂直位移,结果表明,采用注浆锚索与卸压槽的联合支护效果较好,配合巷旁不等强充填体支护,可以达到理想的控制效果。结合姜家湾煤矿8213工作面具体地质条件,提出坚硬顶板薄煤层沿空留巷底鼓控制原则,设计了2213机轨合一巷成套底鼓控制技术,包括加强巷内支护、巷旁不等强充填体支护、巷内底板开卸压槽、留巷前注浆加固底板等,并在现场进行了工业性试验,实现了控制巷道底鼓的目的。
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