急倾斜小煤柱护巷巷道围岩控制技术研究与应用

摘要

急倾斜煤层巷道围岩变形和破坏具有显著的非对称和不平衡特性。由于煤岩层倾角较大，重力在煤岩层层面方向的分力增大，易发生煤岩体沿层理面的滑移，围岩变形破坏严重，断面变形率大，巷道维护困难。
　　本文以株柏煤矿2918工作面运输顺槽为例，建立急倾斜煤层回采巷道小煤柱护巷力学模型，采用FLAC3D数值模拟方法分析了回采巷道掘进期间、上区段工作面一次采动影响期间、下区段工作面二次采动影响期间巷道围岩变形规律，研究了急倾斜煤层小煤柱护巷巷道变形机理和变形规律；对株柏煤矿现有支护设计的矿压显现情况进行描述，依据大倾角、小煤柱的矿压特点及巷道矿压显现规律、围岩特性以及原支护存在的问题等，系统性研究了小煤柱护巷条件下巷道围岩变形机理；结合2918工作面实际围岩特性、力学特点，研究了急倾斜小煤柱护巷巷道围岩控制技术，对原支护设计进行了优化，提出了急倾斜小煤柱护巷条件下巷道支护设计方案。
　　采用优化后的锚网索支护设计方案，通过数值模拟和现场实测表明，在本区段工作面二次采动影响期间，巷道顶板、两帮围岩变形量显著降低，巷道围岩变形减小率约30%，说明运输顺槽支护效果良好，支护参数合理。

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摘 要

Abstract

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Contents

1.1 课题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 大倾角煤层回采巷道变形破坏规律研究

1.2.2 小煤柱沿空留巷围岩变形破坏规律研究

1.2.3 大倾角回采巷道围岩控制技术研究

1.3 研究方法和内容

1.4 技术路线

2 急倾斜煤层小煤柱护巷巷道矿压分布规律

2.1 工程概况

2.1.1 矿井概况

2.1.2 地质概况

2.1.3 工作面回采关系

2.2 2918工作面运输顺槽掘进期间巷道围岩应力分布规律

2.2.1 数值软件及模型选择

2.2.2 数值模型建立

2.2.3 运输顺槽掘进采动应力分布规律

2.3 一次采动影响下巷道应力分布规律

2.3.1 一次采动影响下巷道应力分布理论分析

2.3.2 一次采动影响下巷道围岩应力分布数值模拟分析

2.4 二次采动影响时巷道应力分布

2.4.1 二次采动影响下巷道应力分布理论分析

2.4.2 二次采动影响下巷道应力分布数值模拟分析

2.5 本章小结

3 急倾斜煤层小煤柱护巷巷道围岩稳定性分析

3.1急倾斜煤层回采巷道围岩变形规律研究

3.1.1运输巷掘进初次变形阶段

3.1.2 运输顺槽掘进影响稳定阶段

3.1.3 2918工作面采动影响阶段

3.1.4 2918工作面采动影响稳定阶段

3.1.5 2920工作面二次采动影响阶段

3.2 不同阶段回采巷道稳定性分析

3.2.1 运输顺槽掘进期间围岩稳定性分析

3.2.2 上区段工作面回采期间运输顺槽围岩稳定性分析

3.2.3 下区段工作面回采期间运输顺槽围岩稳定性分析

3.3 本章小结

4 急倾斜煤层小煤柱护巷巷道支护控制技术

4.1 原支护方式下巷道变形机理分析

4.1.1 原支护方式

4.1.2 原支护方式下矿压显现情况

4.1.3 原支护方式下巷道变形原因分析

4.2 急倾斜煤层小煤柱护巷巷道支护控制机理分析

4.2.1 高强高预紧力锚杆支护控制机理

4.2.2 表面支护控制机理

4.2.3 帮部锚索支护控制机理

4.3 2918工作面运输顺槽支护设计方案

4.3.1 支护设计方案

4.3.2 支护产品标准要求

4.3.3 现场质量标准

4.4 本章小结

5 支护效果分析

5.1 数值模拟支护效果

5.1.1 一次采动影响回采巷道支护效果分析

5.1.2 二次采动影响回采巷道支护效果分析

5.2 2918工作面运输顺槽稳定性评价

5.2.1 巷道稳定性评价标准

5.2.2 2918工作面运顺顺槽巷道稳定性评价

5.3 经济和社会效益分析

5.4 本章小结

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果