三道沟煤矿煤柱外错式滑移机理和巷道支护研究

摘要

神东矿区52煤层普遍含有泥岩软夹层，导致回采巷道和煤柱失稳，是困扰矿区安全生产的技术难题。三道沟煤矿4、8盘区5-2煤层回采巷道两帮在泥岩软夹层附近出现了片帮、脱锚、泥岩挤出和煤柱外错式滑移等破坏现象，严重威胁安全生产。本文以三道沟煤矿合理煤柱与巷道支护课题为依托，研究含夹矸泥岩煤柱外错式滑移机理和巷道支护技术，具有重要的理论意义和普遍的工程价值。
　　本文通过现场实测和取样分析，采用 X-衍射了测定了52煤层夹矸泥岩的矿物成分主要是蒙脱石和高岭石，具有流变性和膨胀性，是导致煤柱和巷道变形破坏的主要原因之一；对矿井3、4、8盘区回采巷道的顶板、底板和煤层进行了钻探取芯和围岩物理力学参数的测定，掌握了巷道围岩的具体柱状和物理力学参数；采用钻孔窥视方法，实测了巷道围岩内部的裂隙的发育状况，特别是水平离层和垂直裂隙的分布；通过回采巷道收敛变形实测，掌握了采动影响下含软夹层回采巷道的变形规律和破坏特征。
　　采用物理相似模拟、数值计算（FLAC3D和 UDEC）和理论分析相结合的方法，掌握采场围岩和煤柱的应力分布规律，明确了16m为安全煤柱的最低极限尺寸；揭示了采场覆岩垮落特征，提出了“顶板-煤柱”相互作用模型，确定了顶板载荷集中区位于巷道上部；通过构建了大比例煤柱外错滑移机理物理模型，揭示了相邻采场覆岩的垮落运动，在本工作面“巷道-煤柱”顶板造成大量垂直裂隙，煤柱中部的软夹层构成滑移面，使煤柱成为滑动支座，含垂直裂隙顶板在顶板压力作用下，裂隙扩张，导致顶板带动煤柱向采空区方向运动，形成煤柱的外错式滑移。根据外错整体滑移特点，结合极限平衡拱理论，提出了“适应滑移，限制滑移，控制破坏”的支护原则，设计了两帮锚索补强分段加固适应滑移，顶板锚索锚杆控制离层和水平位移限制滑移的支护方案。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3巷道围岩破坏机理国内外研究现状

1.4 三道沟煤矿现在的支护现状及存在问题

1.5 本课题的研究内容及采用的技术路线

2 巷道围岩探测与物理力学参数测定

2.1 矿井地质及生产条件

2.2 煤层顶底板条件钻探

2.3 煤层及顶底板岩石物理力学参数

2.4煤层夹矸层矿物成分及水软化性分析

2.5 本章小结

3 巷道及围岩变形破坏特征实测

3.1 矿井回采巷道形变破坏特征

3.2 85203巷道变形规律实测

3.3 巷道围岩内部破坏特征及范围测定

3.4本章小结

4 85203工作面和辅运顺槽物理模拟实验

4.1实验模型

4.2实验现象分析

4.3 局部巷道物理相似模拟实验

4.4本章小结

5 85203辅运巷道数值模拟分析

5.1回采巷道情况及力学参数

5.2数值模型建立

5.3本章小结

6 巷道支护与煤柱滑移机理分析

6.1 巷道变形破坏及煤柱滑移机理分析

6.2 巷道支护理论

6.3 巷道支护设计

6.4本章小结

7 结论及建议

7.1主要结论

致谢

参考文献

附录