采动影响下缓斜煤层底板瓦斯抽放巷合理布置与支护研究

摘要

本文以筠连船景煤矿+642东底板瓦斯抽放巷为研究对象，通过综合运用现场监测、室内测试、理论分析和数值模拟手段，对缓斜煤层群开采条件下底板瓦斯抽放巷合理位置以及底板瓦斯抽放巷支护技术展开了综合分析研究。取得主要成果如下：
　　①根据收集到的地质资料、实验室煤（岩）物理力学参数测试，得到了试验区煤系地层煤（岩）物理力学特性。然后对+642东底板瓦斯抽放巷6个典型断面的围岩稳定性情况进行探测。发现在未进行开采的情况下，各断面松动圈集中在1.2m～3.2m的范围内，属于大松动圈。巷道部分断面围岩存在破碎、离层和贯通裂隙发育，断面围岩破碎区域向深部延伸至2～8m左右。为下一步数值模拟分析和巷道支护方案设计提供了基础参数。
　　②理论分析了采动影响下缓斜煤层底板应力状态，并根据底板岩体滑移线场理论，分析了底板塑性破坏区形成的原因，并求得煤层底板下方裂隙破坏带最大深度h1=9.49m。基于弹性理论，对开采后工作面煤壁附近底板应力分布进行了简化，得出不同倾角煤层在开采后底板岩层内塑性区深度的分布形态：近水平煤层采空区两侧煤壁边缘附近的裂隙破坏带深度较大，并向采空区中部方向逐渐减小最后趋于某一固定值；缓倾斜、倾斜煤层与近水平煤层类似，但在工作面下端底板附近的裂隙带深度较其他位置大；急倾斜煤层恰好相反，在工作面上端位置附近底板裂隙破坏带深度较大。并建立数值模型得出缓斜煤层群开采后的应力分布的情况。
　　③在煤层底板变形破坏规律和缓斜煤层群开采数值模拟的基础上，对底板瓦斯抽放巷的合理位置从层位岩性、底板采场应力分布、底板破坏深度和瓦斯抽采效果四个角度进行了分析，提出底板瓦斯抽放巷合理层位的布置原则。依托此布置原则，对+642东底板瓦斯抽放巷在原位置和两种优化位置进行了数值模拟对比，结果显示在三种布置方案中，优化方案二中的底抽巷布置位置最为合理，即与7＃煤层综采工作面机巷布置在同一水平，且与其风巷保持45m的水平间距。在优化方案二的基础上，对底抽巷穿层网格钻孔布置提出了相应的要求。
　　④对原支护方案下+642底板瓦斯抽放巷的现场矿压观测结果进行了分析总结，依据巷道围岩控制理论中的围岩松动圈理论，采用预应力锚杆锚索双拱对原有支护方案进行了不对称优化，提出了六点优化对策。基于优化对策进行了针对性的不对称优化改进，并使用数值模拟验证了优化方案的可行性。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容及技术路线

2 试验区概况

2.1 试验区地质情况

2.2 试验区概况

2.3 巷道围岩力学参数及松动圈测试

2.4 本章小结

3 采场应力分布与底板破坏特征分析

3.1 煤层底板破坏规律

3.2 缓斜煤层开采应力分布的数值模拟

3.3 本章小结

4 底抽巷合理位置研究

4.1 底抽巷位置合理性分析

4.2 底抽巷合理位置选取与布置

4.3 本章小结

5 底板瓦斯巷道支护技术研究

5.1 巷道变形破坏机理和规律

5.2 现场矿压观测

5.3 巷道围岩控制理论及支护方案优化

5.4 底抽巷巷道支护参数优化

5.5 优化支护方案可行性分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间所发表的文章目录：