极近距离煤层开采巷道支护技术研究

摘要

极近距离煤层开采条件下，由于煤层间距极小，下煤层开采前顶板的完整性已受到上覆煤层开采的损伤破坏，导致下煤层回采巷道维护困难，其控制原理和支护方案的合理确定仍是一个难题。
　　下煤层开采时围岩的稳定性与上煤层开采的影响程度密切相关，如果上煤层的开采方式不同，下煤层开采时顶板的整体力学环境也就不同，如当上煤层采用长壁全部垮落法开采时，下煤层开采时的顶板为上煤层开采而遭到损伤的层间岩层和上煤层开采已垮落的矸石，下煤层开采时的顶板边界条件为散体边界条件；若上煤层开采为刀柱式采煤法，上煤层开采后采空区残留的诸多煤柱在底板形成集中压力，下煤层开采时的顶板边界条件为集中载荷边界条件。不同的边界条件下，必然使下煤层开采的矿山压力显现呈现出多样性。
　　本文分别对三泉矿长壁采空区下极近距离煤层开采条件、王封矿刀柱采空区下极近距离煤层开采条件，运用理论分析、数值模拟、现场实测的方法进行了巷道支护方面的研究。主要研究成果如下：
　　（1）研究了三泉矿长壁工作面开采煤柱稳定性和煤柱载荷在底板煤岩层中的应力分布规律；理论分析了巷道在非均匀应力场中，支护体结构更易出现局部过载，产生局部破坏，最终可能导致支护体结构失稳的原因；计算确定出了下煤层回采巷道合理内错距离。
　　（2）运用弹塑性理论、滑移线场理论计算出上煤层开采后底板破坏深度范围，并据此将三泉矿11号煤层巷道顶板分为三种类型：破碎松散顶板类型、裂隙较发育顶板类型以及普通顶板类型，最后将三泉矿11号煤层巷道分段支护范围定为：小于2m的巷道、2-4m的巷道与4m以上的巷道，对这三种层间距的巷道分段进行支护并通过现场实践进行验证。
　　（3）对王封矿8号煤层刀柱群下巷道围岩应力条件进行分析得出：刀柱群下巷道顶板压力分布是呈波动性交替变化特征，研究了刀柱采空区下巷道围岩应力条件并对支架进行力学性能分析；刀柱群下巷道围岩变形与破坏程度表现出极强的位置相关性：①位于煤柱下方的煤岩层近似承受以垂直应力为最大主应力，水平应力为最小主应力的压应力场；②位于采空区下方的煤岩层近似承受以水平应力为最大主应力，垂直应力为最小主应力的压应力场。
　　（4）王封矿8、9号煤层层间距仅为0.75m，在此条件下，顶板松散破碎，极易冒、漏顶，使用锚杆难以进行围岩加固，只能采用金属支架。通过分析不同位置处巷道围岩的破坏机理和失稳破坏特征，结合支架力学性能分析提出了相应的巷道围岩稳定性控制对策。
　　上述研究成果均在实践中取得了较好的效果，对类似条件下巷道的围岩稳定性控制具有一定的借鉴及参考价值。

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第一章 绪论

1.1选题的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容与方法

第二章 长壁采空区下巷道围岩应力分布及合理位置确定

2.1工程背景

2.2上煤层开采围岩应力分布及煤柱稳定性分析

2.3煤柱下应力分布规律

2.4非均匀应力条件下巷道顶板受力分析

2.5下煤层回采巷道合理位置确定

2.6本章小结

第三章 长壁采空区下极近距离煤层开采

3.1上煤层开采底板破坏深度分析

3.2巷道顶板分类及支护原则

3.3分段支护参数

3.4现场实践

3.5本章小结

第四章刀柱采空区下极近距离煤层开采巷道支护研究

4.1工程背景概况

4.2煤柱稳定性分析

4.3围岩应力条件及破坏特征分析

4.4支架力学性能分析

4.5本章小结

第五章 主要结论及存在的不足

5.1本文的主要结论

5.2论文的不足之处

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文