高应力软岩沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩控制技术

摘要

为解决某矿在高应力软岩条件下巷道变形严重、难支护等问题,采用理论计算、数值模拟和现场实测等方法对巷道布置方式和支护方式进行优化,采用错层位沿空掘巷巷道布置方式,建立3个铰接岩块间力学模型,确定了作用在煤柱上的应力及应力集中系数,进而建立了缓斜中厚煤层采空区实体煤侧力学模型,通过理论推导、计算得出极限平衡区宽度,确定了沿空掘巷巷道位置,并提出了"相邻巷道联合支护技术和非对称控制技术"相结合的综合围岩控制技术.研究结果表明:作用在煤柱上的应力为55.71 MPa,应力集中系数为4.60,进而得出煤层垂向应力集中系数分量为4.33、倾向应力集中系数分量为1.57,极限平衡区宽度为11.35 m,确定煤柱宽度为5 m,数值模拟显示采用错层位综合围岩控制技术,1218回风巷顶板垂直应力大于原岩应力,可承载一部分上覆岩层质量,而传统巷道支护垂直应力低于原岩应力,说明顶板已较为破碎,不具备承载能力,传统支护右帮低于原岩应力,围岩破碎.2种支护方式煤柱均发生破坏,采用综合围岩控制技术时顶板有一部分未发生破坏,右帮破坏范围小,采用传统支护时顶板破坏范围较大,右帮破坏大,说明采用综合围岩控制技术可提高围岩强度和抗破坏能力.通过现场监测,在巷道掘进75 d后围岩变形量减缓.顶板最大下沉量为74 mm,底鼓量最大为32 mm,煤柱帮侧位移最大为58 mm,实体煤帮侧最大位移为45 mm,说明采用综合围岩控制技术可有效控制围岩变形量.