柔模混凝土沿空留巷围岩活动规律与支护研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 柔模混凝土沿空留巷围岩活动规律 与支护研究 摘要：随着锚杆支护技术及综采 （放）技术的全面推广和应用，一方面 锚杆支护在控制巷道围岩稳定的同时， 却会使采空区漏风严重；另一方面工作 面瓦斯涌出量急剧增大，给煤矿安全生 产造成安全隐患。采用沿空留巷技术不 仅可以发挥锚杆支护控制围岩稳定的优 势，而且能够改变采空区的风流及瓦斯 运移规律，大大提高了瓦斯难抽放、易 自燃煤层工作面的单产水平。沿空留巷 技术是煤矿安全开采技术的一项重大突 破，具有巨大的社会经济效益与安全高 效开采效益。 中国论文网 /3/view-12969243.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：柔模混凝土；煤炭开采； 锚杆支护；围岩稳定；沿空留巷 文献 标识码：A 中图分类号：TD353 文章编号： 1009-2374（2015）05-0121-02 DOI：10.13535/ki.11- 4406/n.2015.0392 1 概述 我国是世界上产煤第一大国，目 前中国的煤炭年产量占世界全部年产量 的 46%，煤炭为我国各行各业提供了近 70%的能源；即使到 2050 年中国形成 能源的多元结构，煤炭仍然要在我国能 源结构中占 40%以上的份额。我国能 源中长期发展规划纲要（20042020 年） 中已经确定，中国将坚持“以煤炭为 主体、电力为中心、油气和新能源全面 发展的能源战略” 。中国煤炭工业将继 续保持强劲的发展趋势，在今后相当长 一段时期内，煤炭作为我国主导能源与 基础能源的地位都无法替代。 随着我国煤矿巷道支护技术的发 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 展，特别是高强度、高预应力锚杆与销 索支护技术的迅速发展，使大断面回采 巷道的使用成为可能。沿空留巷技术是 煤矿开采发展方向之一。煤矿瓦斯治理 是世界性难题，美国、英国、德国、俄 罗斯等国家多次发生瓦斯爆炸事故。沿 空留巷技术是煤矿开采及回巷道支护 技术的一项重大改革，对提高煤炭资源 回收率、降低巷道掘进率、缓减采掘紧 张关系和实现矿井集约化生产有显著效 果，并为高效抽采采动卸压煤层气、治 理煤层群瓦斯提供最佳的工作空间。因 此，对深井大断面沿空留巷围岩稳定控 制机理进行深入研究可以为深部矿井的 煤与瓦斯共采和我国煤炭资源的绿色开 采奠定基础。 2 围岩活动规律分析 留巷围岩变形在采动影响下由不 稳定变为稳定，具体过程如下：首先在 回采工作面超前支承压力作用下，煤壁 前方的留巷顶板发生变形、破坏。其次 当回采工作面推进到巷道其中的某一断 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 面时，靠近已经工作面侧失去煤帮的支 撑，因此留巷顶板急剧下沉，并且急剧 向采空区侧倾斜。当直接顶垮落充满采 空区后，又对老顶位态进行了限制，裂 隙带岩层得以支撑，使得留巷顶板变形 缓和。最后采空区矸石被进一步压实后， 留巷围岩变形又得以稳定。 沿空巷道顶板移动规律受采场覆 岩破断规律的影响，特别是采空区侧的 顶板运动规律留巷围岩的活动起到决定 作用。工作面推进一定距离后，采空区 老顶将形成“O-X”型破断。由于老顶的 本身厚度、抗拉强度、垫层（煤层和直 接顶） 、载荷层厚度等因素的影响，老 顶一般在煤体内断裂。理论和实测沿空 留巷矿山压力研究结果表明，柔模混凝 土留巷围岩结构模型的建立是基于截面 单位宽度进行的。 3 沿空留巷围岩与支护刚度匹配 分析 分析上述公式发现，可以通过降 低直接底板的厚度或提高底板的强度来 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 提高底板刚度。 4 动压巷道围岩变形规律及破裂 范围 井下开采时，巷道稳定性受多种 因素影响，主要包括：（1）巷道受到 的应力；（2）岩石自身力学性质，包 括单向抗压极限强度、应变软化程度 （系数）和残余强度等；（3）支护， 包括巷道掘进半径和支护阻力。破裂区 范围越大，弹塑性变形诱导的巷道收敛 就越小，破裂膨胀变形诱导的巷道收敛 就越大。巷道矿山压力控制主要是控制 围岩的破裂区范围，通过数值模拟和现 场实测手段，结合理论计算结果，分析 2307 辅助进风巷破裂范围以及工作面矿 压出现规律，并由此确定巷道矿压控制 原则和控制措施。 沿空留巷顶板岩层活动剧烈，因 此必须通过巷内支护手段控制围岩大变 形。巷内支护一方面是主动控制顶板垮 落带范围内岩层的横向剪切错动，另一 方面是主动控制顶板垮落带范围内岩层 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 的纵向碎胀变形，即将顶板垮落带范围 内的岩层锚固成一个“ 组合刚性顶板 ”， 提高顶板刚度，确保留巷顶板与柔模混 凝土巷旁支护的刚度匹配，更好地控制 围岩变形。被动支护不具有这种能力， 只能通过高强度、高刚度和高预应力的 锚杆（索）主动支护来实现。 基于“ 组合刚性顶板 ”理论的支护 设计方法：在沿空留巷的工程实践基础 上，结合理论研究，提出了沿空留巷巷 内支护的“组合刚性顶板 ”理论。该理论 的主要思想就是当锚杆（索）长度、预 应力和支护强度大到一定程度时，沿空 留巷垮落带范围内的顶板离层和横向剪 切错动得以消除，使巷道顶板形成”组 合刚性顶板” ，不考虑巷旁支护的影响， 该顶板本身也是一个“ 自承结构 ”。基于 “组合刚性顶板 ”理论的三步骤巷内锚杆 （索）支护设计流程为：围岩地质力学 评估锚杆（索）设计支护参数优化。 5 结语 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 沿空留巷直接顶板的刚度与其整 体强度和控顶距（巷道宽度和巷旁支护 宽度之和）之积成正比，与直接顶板厚 度成反比。柔模混凝土沿空留巷巷旁支 护刚度与柔模混凝土的强度和巷旁支护 宽度之积成正比，与巷旁支护高度成反 比。巷道围岩随着开采深度增大或受动 压影响，切向应力峰值位置向巷道围岩 深部转移，而巷道周边岩体的承载能力 逐渐降低。同时，开采深度增加或受动 压影响，巷道围岩应力增大，导致巷道 围岩破裂范围增大