大倾角工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度和支护方法研究

发布时间：2024-05-07 22:23

　　合理的煤柱宽度能够维护沿空巷道稳定性,提高资源的回采率,实现矿井的安全高效开采和可持续发展。近年来留窄煤柱沿空掘巷技术在缓倾斜煤层得到了大力的发展,但受大倾角煤层开采围岩破坏及应力分布复杂性的影响,该技术在大倾角煤层应用较少。因此,研究大倾角条件下,煤柱侧向支承压力分布规律、窄煤柱上覆岩层破断规律、窄煤柱合理宽度及沿空巷道支护方法等问题,对实现大倾角煤层安全高效开采具有重要的指导意义。本文以新疆焦煤集团2130煤矿25222工作面回风巷为研究背景,运用现场调研、实验室试验、理论计算、数值模拟等方法,对大倾角工作面沿空巷道围岩破坏规律和应力演化特征进行了系统的研究,主要结论如下:在上区段工作面采动影响下,采空区边缘煤体侧向支承压力峰值逐渐向煤体深部转移,并在煤体内部形成一定范围的塑性区。沿空巷道上覆岩层基本顶断裂位置距上区段采空侧煤壁距离为2.47m。在不同巷道断面和掘进层位条件下,沿顶煤弧形断面掘进时垂直应力集中系数相对较低,顶板下沉量为279.25mm,比沿顶煤矩形断面掘巷时减少96.27%,巷道右上角主要破坏方式为剪切破坏。当煤柱宽度为6m时,煤柱内出现一定范围的稳定承载区,巷道围...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 大倾角煤层围岩结构及活动规律研究现状
        1.2.2 沿空掘巷煤柱宽度研究现状
        1.2.3 大倾角巷道支护技术国内外研究现状
        1.2.4 国内外研究现状综述
    1.3 研究内容和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 工程地质概况和煤岩力学参数确定
    2.1 矿井地质概况
        2.1.1 工作面概况
        2.1.2 水文地质和瓦斯条件
    2.2 巷道布置情况
    2.3 煤岩力学参数确定
        2.3.1 测试内容及仪器设备
        2.3.2 测试结果分析
    2.4 本章小结
3 大倾角煤层沿空掘巷围岩稳定性分析
    3.1 大倾角煤层覆岩空间结构特征
        3.1.1 大倾角工作面上覆岩层沿走向的破坏特征
        3.1.2 大倾角工作面上覆岩层沿倾向的破坏特征
    3.2 大倾角煤层覆岩破断特征分析
        3.2.1 直接顶破断运移规律
        3.2.2 基本顶破坏的时序性和不均衡性
        3.2.3 沿空掘巷上覆岩层破断结构分析
        3.2.4 关键块体B参数研究
    3.3 窄煤柱边缘煤体的应力分布特征
        3.3.1 边缘煤体侧向支承压力分布
        3.3.2 边缘煤体塑性区宽度计算
    3.4 回采期间巷道围岩应力分布特征
        3.4.1 回采期间沿倾向围岩应力分布
        3.4.2 回采期间沿走向围岩应力分布
    3.5 本章小结
4 巷道断面形状和合理煤柱宽度留设
    4.1 沿空掘巷合理断面及掘巷层位确定
        4.1.1 数值计算模型
        4.1.2 不同断面形状和掘进层位垂直应力分析
        4.1.3 不同断面形状和掘进层位位移场分析
        4.1.4 不同断面形状和掘进层位围岩破坏特征分析
    4.2 窄煤柱合理宽度的确定
        4.2.1 煤柱留设的研究方法
        4.2.2 影响留设煤柱宽度主要因素
        4.2.3 窄煤柱留设宽度的理论计算
    4.3 掘进期间不同宽度煤柱巷道围岩分析
        4.3.1 数值模拟方案及步骤
        4.3.2 掘进期间不同宽度煤柱垂直应力分布特征
        4.3.3 掘进期间不同宽度煤柱位移分布特征
        4.3.4 掘进期间不同煤柱宽度对巷道变形的影响
    4.4 沿空掘巷煤柱合理宽度的确定
    4.5 本章小结
5 巷道支护参数确定
    5.1 支护参数优化正交试验
        5.1.1 正交试验因素水平的确定
        5.1.2 正交试验设计
        5.1.3 正交实验结果
    5.2 最优支护方案确定
        5.2.1 支护方案对比
        5.2.2 锚索支护参数
        5.2.3 锚杆其他支护参数
        5.2.4 支护材料消耗
        5.2.5 支护形式与参数设计
    5.3 本章小结
6 巷道围岩稳定性验证
    6.1 回采期间不同宽度煤柱围岩应力分布特征
        6.1.1 回采期间不同宽度煤柱垂直应力分布特征
        6.1.2 回采期间不同宽度煤柱水平应力分布特征
    6.2 回采期间不同宽度煤柱塑性区分布特征
    6.3 巷道掘进期间围岩变形情况分析
    6.4 工作面回采期间围岩变形情况分析
        6.4.1 工作面回采期间巷道垂直应力分布
        6.4.2 工作面回采期间巷道塑性区分布
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3967075