榆树坡矿综采面过空巷围岩控制研究

摘要

本文以榆树坡煤矿1207工作面过空巷为工程背景，采用理论分析、数值计算和现场实践等方法对综采工作面过空巷时的围岩应力演化特征和变形规律进行了系统的研究。主要结论如下： （1）巷道掘进和工作面回采引起超前支承压力的叠加效应对工作面过空巷时的煤柱应力分布规律进行了研究。随着空巷煤柱宽度的不断减小，应力演化过程呈现出“马鞍形”、“单驼峰型”和“尖点型”的变化趋势，煤柱应力集中程度不断增加。工作面前方存在平行空巷时，基本顶有可能会发生超前破断，如果不对顶板进行控制，极易造成压架及冒顶等安全事故；根据突变理论，分析了煤柱弹塑性分区演化规律，解释了煤柱宽度不断减小发生突变失稳的原因；以“砌体梁”理论为基础，建立了空巷基本顶破断立体力学模型，得出了使工作面安全通过空巷的最低支护阻力为3.62MPa。 （2）通过FLAC3D对工作面过空巷时的围岩运移规律、应力演化以及塑性区变化规律进行了研究，得出了空巷充填体达到最终强度时空巷煤柱宽度应该大于10m；然后对不同强度充填体的变形规律进行了分析，确定充填体最终强度为4MPa时已经能够使工作面安全快速通过空巷。 （3）根据现场实际和高水材料力学特性，现场确定了高水材料的水灰比为4∶1时，高水材料最终凝固强度能满足要求。采用“分段阻隔充填法”来进行分段充填，最后根据矿压监测数据和现场实际效果表明，采用的技术方案能够使工作面快速安全地通过空巷，相比传统方案有着较大的优越性。

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致谢

图清单

表清单

变量注释表

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究意义

1.2.1 空巷围岩控制研究现状

1.2.2 现有研究的不足

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 1207工作面概况

2.1 煤层概况

2.2 采煤工艺

2.3.1 顶底板厚度及岩性

2.3.2 矿压监测情况

2.4 空巷参数

3 空巷围岩变形机理分析及控制研究

3.1 空巷围岩垂直应力分布规律

3.1.1 工作面超前垂直应力分析

3.1.2 巷道周围应力分布分析

3.1.3 煤柱垂直应力分布规律分析

3.2.1 煤柱受力状态分析

3.2.2 基本顶破断位置分析

3.3 空巷煤柱失稳机理

3.4 空巷围岩控制机理

3.5 本章小结

4 空巷充填支护参数研究

4.1 空巷未充填时围岩数值分析

4.1.1 煤柱垂直应力变化规律

4.1.2 煤柱塑性区分布规律研究

4.1.3围岩变形分析

4.2 空巷充填方案数值模拟分析

4.2.1 充填体强度对空巷围岩垂直应力分布研究

4.2.2 充填体强度对空巷围岩塑性区分布研究

4.3 充填体应变规律分析

4.4 本章小结

5 工业性试验

5.1 充填材料的选择以及配比分析

5.1.1 不同充填材料的优缺点及最终选择

5.1.2 充填材料配比试验研究

5.2 空巷充填方案分析和确定

5.3 工作面调斜方案

5.4 支架压力监测

5.5 经济效益分析

5.6 本章小结

6 主要结论

参考文献

作者简历

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