[00743199]深部煤层沿空留巷围岩稳定原理与控制技术研究

煤矿随着矿井开采深度增加，原岩应力升高，护巷煤柱宽度越来越大，不仅煤炭采出率较低、巷道维护困难，而且较宽的煤柱在工作面回采后形成应力集中，使布置在煤柱下方的岩巷或下层煤回采巷道维护困难。该项目主要针对三河尖矿千米深井92202工作面煤层、顶底板力学性质和采、掘等生产地质条件，进行深部煤层沿空留巷围岩稳定原理与控制技术研究，主要研究成果内容如下： (1)深部煤层沿空留巷围岩控制力学模型深部煤层沿空留巷围岩应力分布规律明显不同于普通的沿空留巷，矿压显现十分强烈，巷道维护难度不断增加，有必要对巷道围岩变形机理展开详细研究，从理论上对深部沿空留巷提供指导。采用理论分析的方法，建立深部下层煤合理的沿空留巷围岩控制模型，系统的研究煤工作面采动后对92202工作面顶板岩层的破坏规律和破坏深度，在此基础上，系统的研究92202工作面顶板岩层的活动规律，得到巷旁支护前期切顶阻力和后期稳定支护阻力，为确定合理的巷旁支护参数提供理论依据。 (2)沿空留巷围岩变形破坏机理研究采用实验室试验和数值模拟的方法，研究高地应力条件下，不同围压(不同偏应力)作用下围岩轴向应变、侧向应变、体积应变与应力的关系及破坏特点，分析巷道围岩小结构的大变形破坏机理。 (3)深部沿空留巷围岩控制技术研究在研究沿空留巷顶板运动规律及围岩变形破坏规律研究的基础上，研究深部沿空留巷围岩的控制技术，揭示深部沿空留巷大变形机理，确定巷内锚杆支护参数和加强支护参数；根据研究确定的巷旁支护阻力，确定高水材料巷旁充填体力学参数。 (4)工程应用及实测将以上研究成果应用于92202工作面沿空留巷，通过实测巷道矿压监测来检验该项目研究成果的实用性与可靠性。 项目主要技术方案： (1)分析了上层煤开采后对下层煤沿空留巷的影响及沿空留巷顶板与巷旁充填体之间的相互作用关系，建立了上层煤导水裂隙带高度内的沿空留巷顶板稳定性力学模型，得到了深部下层煤沿空留巷合理的巷旁切顶支护阻力和后期稳定支护阻力，为确定充填体参数提供依据。 (2)分析了多次加卸载作用下的巷道围岩变形破坏规律和下层煤沿空留巷围岩应力、位移、塑性区等演化过程，得到了下层煤沿空留巷围岩大变形破坏机理，为开发大变形巷道围岩控制技术提供依据。 (3)分析了基本支护、加强支护和巷旁支护对深部沿空留巷围岩稳定性的影响规律，揭示了多次加卸载作用下巷道围岩稳定机理，开发了深部沿空留巷围岩大变形围岩控制技术：高强高预应力锚杆支护技术、充填区域顶板控制技术、充填体预应力承载结构和单体液压支柱加强顶底板支护技术等。 中国深部矿井沿空留巷的研究相对滞后，该项目的成功应用验证了深部开采沿空留巷围岩控制模型的科学合理，分析了多次加卸载作用下的巷道围岩变形破坏规律和下层煤沿空留巷围岩应力、位移、塑性区等演化过程，得到下层煤沿空留巷围岩大变形破坏机理，为开发大变形巷道围岩控制技术提供了依据。通过对三河尖矿埋深超过1000m的深部沿空留巷围岩控制机理、控制技术和实践方面进行了深入研究，实现了区段不留煤柱，无煤柱护巷，研究成果在三河尖矿92202工作面轨道巷应用取得成功，提高了煤炭资源回收率和降低巷道掘进率，取得了显著的经济效益。同时为中国煤矿开采减少资源浪费、改善巷道维护状况、进一步降低支护成本、实现高产高效提供了一种新的技术保障手段，社会效益十分显著。