煤矿开采自然沿空留巷技术的可行性与实用性探究,硕士论文

煤矿开采自然沿空留巷技术的可行性与实用性探究,硕士论文沿空留巷是煤矿解决煤炭资源采出率低,采掘接替不协调等问题的常用方式方法之一,华而不实无充填墙体、无煤柱、组合支架被动切顶的自然沿空留巷方式方法以其较好的技术经济优势得到广泛应用,在山西老母坡矿、兰花宝欣矿等30多个工作面进行了工业性试验,均获得较好的留巷效果.本文以老母坡矿2104工作面和5101工作面为工程背景,研究自然沿空留巷方式方法的可行性及适用性.自然沿空留巷成功施行的关键在于侧向顶板的及时垮落,因而本文研究了自然沿空留巷的构造模型,并提出侧向顶板的极限垮落步距的计算方式方法.本文以为沿空巷道围岩在遭到采动影响的情况下,与巷内支护体系构成稳定的构造,将巷旁支撑系统布置在顶板极限垮落距离内,能够提供足够的支撑阻力,保证侧向顶板的及时破断,构成稳定的留巷空间.以老母坡矿5101工作面为研究样本,分析沿空巷道顶底板的岩石物理力学参数及巷内支护体系的力学特性,在这里基础上进行数值模拟分析,分析结果表示清楚:工作面回采后,采场附近超前工作面前方10~20m范围内应力急剧升高,超过此范围应力降低到原岩应力水平,采空区后方应力逐步稳定,有一定残存余留支撑强度.留巷空间内应力基本保持稳定,应力主要集中在巷道两帮,主要为采空区一侧.整个回采经过中工作面顶板呈现分段渐次垮落的特征,围岩变形量逐步增大并趋于稳定,变形速度先增大后减小.在上述研究结果基础上,分析留巷空间内围岩稳定性的重要影响因素,设计正交试验方案进行多因素模拟试验,得出在不同影响因素组合的试验方案下巷道围岩的相对移进率,建立工程条件和工程结果相对应的数据库,以层次分析法结合模糊数学相关内容对数据库进行分析,建立巷道围岩变形的预测模型,得出各影响因素的权值,最终构成综合评价围岩分级标准并根据分级进行支护参数推荐.论文研究成果与老母坡矿2104工作面的工程实践情况互相印证,从理论与实践方面为自然沿空留巷方式方法的可行性与适用性提供了根据,具有显著的社会经济价值.该论文有图52幅,表18个,以下为参考文献85篇.本文关键词语:自然沿空留巷;侧向顶板垮落步距;影响因素权重;预测模型;围岩分级AbstractGob-sideentryretainingisoneofcommonmethodstosolvetheproblemssuchaslowcoalrecoveryratio,mininganddevelopmentreplacementincoordination.Naturalgob-sideentryretaining,withhydraulicsupportbutwithoutfillingwallorcoalpillar,whichiswidelyusedbecauseoftechnologyeconomyadvantage.ItsadvantagesareprovedbyaseriesofindustrialexperimentinLaoMuPoMine,LanHuaBaoXinMineandsoon.Thispaperinvestigatesthefeasibilityandapplicabilityofnaturalgob-sideentryretainingbasedonthebackgroundofworkface2104and5101inLaoMuPoMine.Thekeytosuccessfulengineeringpracticeislateralroofcollapsetimely,sothispaperstudythestructuremodelofnaturalgob-sideentryretaining,andputforwardthecalculationmethodoflateralroofslimitcollapsedrawingpace.Thispaperthinkthatgob-sideentrysurroundingrockformstablestructurewithsupportsysteminroadwaybeyondtheinfluenceofmining.Puttheroadsidesupportsystemintherangeofrooflimitcollapsedrawingpace,providingsufficientholdingpower,canensurelateralroofbreakingtimelyandformstablegob-sideentryspace.Takeworkface5101inLaoMuPoMineasaresearchsample,andanalysetherockphysicalandmechanicalpropertiesofgob-sideentryretainingroofandfloor,thendevelopnumericalsimulationonthisbasis.Theanalysisresultsshowthatafterminingthestressincreasesdrasticallyinfrontofstope,andthestressgraduallydecreasedtorockstresswhenthedistanceismorethan40m.Thestressingoafisgraduallystablewithresidualsupportstrength.Thestressingob-sideentrystaystable,andstayfocusinroadwaywall,mostlyingoafside.Thewholeprocessofminingpresentacharacteristicofsensimcollapse,whichmeanstherockdeformationgraduallyincreasesthenbecomestable,andthedeformationvelocityincreasesatfirstthendecreases.Basedonthestudymentionedabove,analysetheimportantinfluencefactorsofgob-sideentrystablities,anddesignorthogonaltesttostudymultiplefactorsnumericalsimulation.Theresearchresultshowdifferentrockdeformationsindifferentconditions,thenbuildadatabaseofengineeringconditionsandresults.Combinedanalytichierarchyprocessandfuzzymathematicstoresearchthedatabaseabove,thenbuildapredictionmodelofrockdeformationandcalculatethefactorsweight,finallyformastandardofcomprehensiveevaluationandsupportparameterrecommendation.Theresearchresultofthepaperismutualverificationwithengineeringpracticeofworkface2104inLaoMuPoMine,providethefeasibilityandapplicabilityevidencesofnaturalgob-sideentryretainingfromtheoryandpracticeview.Thispaperisfullofsignificantlysocialandeconomicvalue.Keyword:Naturalgob-sideentryretaining;Lateralroofcollapsedrawingpace;Factorsweight;Predictionmodel;Rockclassification目录摘要.............................................................I目录............................................................IV图清单..........................................................VIII表清单............................................................XI变量注释表.......................................................XII1绪论.............................................................11.1研究背景与意义.................................................11.2国内外研究现在状况综述.............................................21.3存在的一些主要问题.................................................61.4主要研究内容与技术道路.........................................72自然沿空留巷覆岩构造演化规律研究与基础实验.......................92.1自然沿空留巷构造与力学特性.....................................92.2沿空留巷侧向顶板岩层破断机理..................................152.3岩层物理力学参数及主要支护材料性能测试........................212.4本章小结......................................................313自然沿空留巷方式方法数值分析与关键影响因素研究......................333.1数值模拟结果及分析............................................333.2围岩稳定性关键影响因素分析....................................393.3正交试验方案设计与及影响因素权重分析..........................423.4本章小结......................................................454自然沿空留巷围岩稳定性综合评价模型..............................474.1评价原则与评价方式方法............................................474.2基于层次分析法的预测模型......................................484.3围岩稳定性综合评判............................................544.4本章小结......................................................555老母坡矿2104工作面自然沿空留巷工业性试验.......................575.1试验巷道生产地质条件..........................................575.22104工作面沿空留巷围岩控制技术................................585.3留巷区域稳定控制效果监测......................................615.4小结..........................................................666主要结论........................................................68以下为参考文献..........................................................70作者简历..........................................................75学位论文原创性声明................................................76学位论文数据集....................................................771绪论1.1研究背景与意义煤矿工作面回采巷道的沿空留巷技术在我们国家已得到广泛应用,沿空留巷技术自国外引进后,经过长期工程实践的探寻求索总结,结合我们国家煤矿的地质条件、回采与支护方式等已发展出一套完好体系[1].沿空留巷技术的大规模应用提高了煤炭资源的回收率,优化了采区的回采工作面接替,降低了吨煤巷道掘进率,对矿井的生产建设具有重要的安全开采效益和经济效益.沿空留巷回采是实现工作面无煤柱开采的方式之一,它适用范围广,技术难度低,经济效果好,此项技术不仅能够提高煤炭资源回收率,减少吨煤巷道掘进量,缓解采掘接替矛盾[2,3],还能够结合矿井资源规划特点,选择不同类型的沿空留巷方式方法,进而实现绿色开采、安全开采等目的.沿空留巷技术的发展,从根本源头上改变了传统工作面的采煤方式方法,优化通风线路,减少工作面搬家次数,避免孤岛工作面,实现工作面前进式和往复式连续开采.十分是在沿空留巷的实践中,留巷要经历重复采动影响,对无充填墙体沿空留巷技术进行研究,成功解决了重复采动时留巷支护难的问题,保证沿空留巷技术顺利施行.在实行常规的沿空留巷方式方法时,根据煤层的赋存条件和开采支护方式经常需要留设20~50m不等的保卫煤柱[2,4],保卫煤柱的煤炭资源损失占全矿井煤炭资源损失的40%左右,由此可见,保卫煤柱存在着潜在的宏大经济效益.因而,在保证区段巷道安全系数的前提下,研究怎样减小保卫煤柱的宽度甚至取消保卫煤柱是一项重要的煤矿安全开采技术的突破,能够带来宏大的技术经济效益.基于沿空留巷的无煤柱连续开采技术在我们国家煤矿已得到普遍使用,根据能否进行人工砌筑充填墙体分为砌筑式沿空留巷法和无充填墙体式沿空留巷法,华而不实无充填墙体沿空留巷法因其工艺简单、成本低廉和成巷效果良好等优势获得行业内较高的认可,通过理论研究和技术创新,无充填墙体沿空留巷法的适用范围越来越广,能较好地适应不同煤厚、不同煤层倾角和不同瓦斯含量的矿井.中国矿业大学郑西贵教授课题组为解决顶板因充填墙体或保卫煤柱的存在构成长悬臂梁,顶板不能及时破断,充填墙体或煤柱承受较大压力情形下,采用单体支柱结合铰接顶梁进行巷内辅助支护,采用柔膜喷涂隔离采空区,实现无煤柱、无充填墙体及组合支架被动切顶的沿空留巷方式方法,构成了自然沿空留巷方式方法成套技术.自然沿空留巷方式方法成套技术在山西古县老母坡矿、兰花宝欣矿等矿井已得到成功应用[5],华而不实在老母坡矿已连续建成15个使用自然沿空留巷方式方法的工作面,建成国家一级示范矿井,积累了丰富的实践经历体验.由切顶短臂梁理论[6,7]发展而出的自然沿空留巷方式方法,其主要目的是判定巷道顶板是何种性质时,在经受一次采动影响下能够自然构成切顶短臂梁构造.在适宜的时间,以适宜的方式,加快顶板破断、回转速度,缩短采动应力作用时间,降低支承应力集中程度,实现留巷区域内应力场分布的优化[8,9];合理的留巷方式能够更快地稳定上覆岩层地变形运动,降低工作面回采对留巷空间地影响范围和时间,优化围岩内部应力分布.但是由于煤矿地质条件复杂多变,不同地区,不同矿井,不同煤层的地质条件变化较大,其支护机理也因而不同,还没有构成健全的自然沿空留巷支护体系,工程应用中往往依靠经历体验来进行判别,自然沿空留巷方式方法能否需要进行人工切顶以及切顶方式的合理选择仍有很多难题,需要进一步的研究才能解决.本文将以老母坡矿已经成功施行自然沿空留巷的工作面作为工程对象,系统研究沿空巷道侧向支承压力分布特征与矿压显现影响范围等难题.在这里基础上运用科学合理的研究手段,分析巷道层位选择、巷道尺寸设计、煤层赋存及顶底板岩性等因素对于沿空巷道稳定性的影响,进而有针对性地进行巷内支护设计、巷旁辅助支撑设计、加强支护设计和煤帮加固等,进而构成一套自然沿空留巷方式方法可行性判别根据.本文的研究成果将促进无充填墙体自然沿空留巷技术的发展,为沿空留巷工作面的顶板控制技术提供指导和借鉴,提升矿井安全生产水平、积累技术优势、增加企业和社会经济效益.1.2国内外研究现在状况综述1.2.1沿空留巷理论与技术发展现在状况(1)国外研究现在状况沿空留巷技术发展自20世纪60年代的德国、英国、前苏联等国家[10-12],技术应用经过了多个矿井工作面长期来的工程实践与理论研究.沿空留巷方式方法的实现基本实现无煤柱开采,因而也得到了大力的推广.沿空留巷技术的应用主要在于解决巷内和巷旁支护形式的难题.技术发展的初期,巷内多采用传统的木垛、矸石带等形式进行支护,因支护强度缺乏改用可缩金属支架,获得较好的支护效果;在巷旁支护阻力与隔离采空区的形式上,各国根据本身资源与技术特点,提出不同的解决手段.如德国[13,14]在沿空巷道与采空区中间充填石膏、硅酸盐水泥、矸石加胶结料等速凝材料,高强度充填墙体的应用有效减少了重型金属支架的使用,解决了金属支架无法适应围岩大变形的问题,同时缓解了巷道围岩的变形,减少巷道后期的修复工程量,具有良好的技术经济优势.英国[15]采用矸石带配合高水材料进行巷旁充填,此充填墙体具有密闭性好,强度高,防火性能佳等优点,常应用于高瓦斯煤层沿空留巷,同时发展出高水速凝材料泵送的辅助充填系统,取代人工充填和机械充填,大大提高了充填墙体的布置效率.前苏联[16]针对无煤柱沿空留巷的顶板围岩稳定性进行分级,研究顶板岩层在煤层回采时的矿压显现规律,针对性地提出相应的支护方案,结合大量的现场工程实践和理论研究,总结出无煤柱沿空留巷开采地技术措施和适用条件,华而不实易垮落顶板能够较好地适用无煤柱沿空留巷技术.当前,国外煤矿开采中已有约1/3~1/2均已采用沿空留巷技术,从浅层埋深到千米深井的薄及中厚煤层均有成功应用的案例.国外从沿空留巷技术出现的早期便一直致力于理论基础的研究,并提出多种适用的理论与力学构造模型.前苏联学者将采场矿压的研究方式方法推广到巷道的矿压研究中,建立起沿空巷道悬梁模型[17],解决沿空巷道侧向顶板破断与巷内支护体工作阻力间的对应关系.英国学者Smar通过控制留巷空间内顶板下沉量,关注顶板的回转变形,重点研究顶板倾斜的角度以及转动的支点位置,建立了顶板倾斜力学模型[18].英国学者Whittaker将采场矿压研究方式方法推广到巷道矿压显现规律研究中,建立起分离岩块构造模型[19],在不受回采动压扰动的情形下研究围岩构造的静力关系.(2)国内研究现在状况我们国家从上世纪50年代开场研究沿空留巷技术,多年不懈的理论研究与工程实践积累了大量地工程经历体验,极大地推动了沿空留巷技术地发展.早期阶段煤矿在无煤柱护巷经过中,巷内支护阻力与顶板来压不匹配,金属刚性支架的特性与顶板下沉的特性不匹配,造成巷道变形严重且难以维护等问题[20].为解决这类问题,现场逐步发展出密集支柱、矸石带等作为巷旁支护[21],相比于单纯提高支架阻力有了较好的效果.中期阶段原有的木垛支护、金属刚性支架由金属可缩性支架所代替,金属可缩性支架具有一定的让压能力,能很好的适应顶板来压与下沉特性[22];巷旁支护的墙体材料也由矸石发展到高水材料、膏体材料等.沿空留巷技术发展至今,巷内与巷旁支护形式一直与装备制造等技术的发展在同步进步,当前阶段下矿井巷内采用锚梁网索联合支护[23],研制出多种类型的充填支架、充填材料及泵送系统等巷旁墙体充填工艺配套设施.我们国家很多学者在沿空留巷理论研究方面也做了大量工作.中国矿业大学何满潮针对落后粗放式的沿空留巷方式方法在不具备优势、经济效益不明显的情况下,创新性地提出了切顶卸压沿空留巷新技术[6,7,24],研究了采空侧顶板预裂卸压机理,建立围岩-支护体稳定承载构造的模型,提供了巷内辅助支撑阻力的计算方式方法,新技术的发展应用逐步构成了切顶短臂梁理论体系,成功解决了留巷空间成型和支护多方面的难题.山东科技大学宋振骐[25]研究了砌筑式沿空留巷墙体材料的支撑性能,提出以采空区垮落矸石为骨架,结合新型高分子材料构成护巷充填墙体,此形式不仅减少矿山的矸石污染,还能在一定程度上减轻地表沉陷,进而多维度地实现煤矿的绿色开采.侯朝炯[4,26,27]系统研究了沿空巷道内围岩稳定的构造机理,提出沿空巷道围岩内存在大、小构造,根据该原理发展出的锚杆支护理论解决了巷内支护的难题,研究了提高锚杆预紧力和支护强度对保持围岩小构造稳定性的重要意义,构成了使用锚杆强化围岩强度,充分利用围岩本身的承载能力的支护理念.李学华[28]归纳总结不同顶板巷道围岩变形毁坏的特征,分析了围岩毁坏经过中岩体毁坏的形式和裂隙演化规律,揭示了不同类型巷道顶板灾祸发生的一般规律.研究表示清楚:围岩毁坏通常从自由面开场产生微观裂隙,在上覆岩层运动变形的影响下,微观裂隙逐步扩展构成构造弱面,因而控制巷道围岩变形的有效方式方法之一是用合理的锚固方式将围岩裂隙发育区限制锚固作用范围内.据此建立了分顶、分区的围岩控制技术体系,包括高性能锚杆支护技术、预应力锚索强化技术以及注浆加固技术,并成功地应用于工程实践.韩昌良[2,9,29]比照了采场围岩构造与沿空留巷区域的构造变形特征,分析了巷道与采场之间的应力传递关系,对采空区进行卸压能有效降低采场和巷道内的应力峰值,抑制围岩变形速度,同时揭示了侧向顶板应力传递机制,提出侧向楔形承载区的概念.其理论以为控制沿空留巷稳定性的关键在于主动控制巷道顶板楔形构造的构成,由此发展出巷道顶板超前预裂技术.阚甲广[8,30]研究了留巷区域内应力和变形特征与工作面回采经过之间的联络,以为围岩毁坏与应力分布受工作面推进的阶段性影响,提出在采动应力波动时进行巷道围岩支护体系的让压,对巷道及采场进行整体强化的思想.结合高强度锚杆支护、高强度充填墙体布设和强力控顶支架构成全面有效的支护承载体系.郑西贵[31-33]针对不同尺寸的煤柱在经受采动影响后华而不实的应力分布情况进行了研究,同时分析采动影响下巷道顶板变形毁坏规律,揭示了煤柱宽度对于巷道侧向应力演化的影响,总结出快速判定最佳护巷煤柱尺寸的方式方法,优化巷内支护体系,为无煤柱、无充填墙体的沿空留巷提供了理论基础.孙恒虎[3,34]等根据岩体分层的特性,做出了巷道顶板岩层各层之间结合不严密假设,即层与层之间不存在粘结力,在这里前提下将巷道顶板抽象为叠加梁或叠加板.叠加梁理论以为沿空留巷围岩稳定的关键在于控制较短边的载荷分布及变化,该理论在实际应用中存在一定的局限性.朱德仁[35-37]在研究了采场力学模型和巷道围岩构造的基础上,提出在工作面端头部位应力较为集中,且处于悬空状态,顶板可能沿构造弱面断裂,构成三角形悬臂梁构造.通过比照此模型与采场上覆岩层的构造特征、变形运动规律和应力分布状态,能够更好地认识到沿空留巷开采体系里采场与巷道的整体协调关系.在针对沿空留巷变形规律的研究基础上,煤矿根据沿空留巷能否进行充填与切顶,大致可将我们国家沿空留巷技术分为下面三种:①基于定向爆破和恒阻大变形锚索的切顶留巷法何满潮带领研究团队科研攻关,提出短臂梁理论,建立留巷空间内的力学构造模型,革新了工作面回采巷道布置方式和回采工艺,实现采区内只需在初期布置一条回采巷道,之后的回采巷道在工作面回采的同时自动成巷的N00工法.该工法将工作面回采与回采巷道掘进融合为一体,同时研发出适用于N00工法的回采、锚固、切顶及封闭采空区的配套设施,该技术体系已在陕煤集团神南柠条塔矿业公司成功施行,实现采区内的连续生产,获得较好的技术经济效果.②人工切顶沿空留巷切顶沿空留巷是煤矿选择沿空留巷方式回采时的常用方式,尤其在顶板及其坚硬难以自行垮落的区域,必须使用爆破、水压致裂的方式方法让侧向顶板断裂.常见的技术方案是:工作面回采前给顶板补打高强度恒阻大变形锚索进行补强加固,在顶板与煤壁交线位置布置爆破钻孔,顶板预裂卸压构成切缝线;工作面回采后,利用单体液压支柱结合钢梁进行巷内辅助加强支护,同时兼做辅助切顶的成效.③充分利用矿山压力的无爆破无充填体的自然沿空留巷方式方法郑西贵在研究不同煤柱宽度对巷道围岩稳定性的变化规律基础上,进行理论计算推导和数值模拟的研究,提出取消护巷煤柱,优化巷内支护与围岩构造的承载体系,加强巷内辅助支撑的支护阻力,构成无煤柱、无充填墙体的自然沿空留巷方式方法.该方式方法适用于顶板较完好且能够自行垮落的回采工作面,巷内架设密集单体支柱配合十字铰接顶梁构成的被动切顶支架,保证顶板的及时破断,自然构成稳定留巷空间.该沿空留巷方式方法在冀中能源公司下多个煤矿实现工程应用,华而不实在老母坡矿和兰花宝欣矿建成了多个无煤柱无充填沿空留巷工作面,解决了采掘接替紧张,提高煤炭资源回收率,延长矿井服务年限.1.2.2影响因素评价与地质模型建立研究方式方法煤矿巷道处在人-设备-环境等多因素共同影响的复杂系统中[38],与巷道稳定性有关的各影响因素之间互相关联,但又有不同的发生机理.煤矿发展早期,工人根据生产经历体验,使用敲帮问顶等方式判定巷道的稳定性,在一定范围内对巷道可能存在的变形毁坏有预警作用,但不具有普遍性,判定结果带有较强的主观性,缺乏理论根据.谢和平[39,40]针对如今仍处于初级阶段的煤矿生态,从多个方面着手改变现前阶段粗放式的资源开采方式,把握住煤炭资源科学开采和科学产能的核心,争取到达工作面无人化生产、绿色化生产的目的.据此从多个维度对科学产能进行评价,包括生产安全维度、生产机械化程度和生产绿色环保程度,以发达国家科学产能作为基准,建立科学产能评价体系.邹喜正[41,42]等研究了巷道围岩稳定性分类的标准,提出将原始数据进行模糊聚类预处理,并应用层次分析法分析有哪些因素影响回采巷道围岩的稳定性,确定每个影响因素的权值.牛少卿、杨双锁等[43,44]研究了巷道围岩稳定的分级标准,在结合围岩构造特性及应力分布特征的基础上,以强度准则作为巷道围岩失稳条件,通过理论分析影响因素的效果,给出了围岩稳定性分类标准,并通过分类标准进行针对性的支护设计.张嘉勇[45,46]针对巷道围岩稳定性的关键影响因素进行了类似模拟实验研究,从地质条件、支护方式、巷道施工工艺等方面对巷道围岩变形进行评价,提出模糊数学综合评判结合层次分析法进行影响因素的定性定量分析,结合煤矿巷道顶板事故发生的特点和条件,计算各影响因素的权值.于鑫[47]等分析比拟了影响巷道围岩稳定的巷道宽度、高度、埋深、侧压系数和围岩综合强度等多个影响因素,设计正交试验方案研究因素的影响范围及大小,结合类似材料模拟实验进行比照验证.刘晓云[48]针对地质工程的复杂性和不确定性特点,建立不确定信息的综合处理体系.先根据实际地质条件,运用未确知测度理论,从覆岩构造、煤体赋存、施工布置、支护方案和实际使用效果等多个方面选取共11项影响因素,通过工程实践经过中收集的实测数据建立样本数据库,根据此数据库建立未确知测度函数,能够确定巷道围岩稳定性评价等级,并根据评价等级进行稳定程度排序.运用定性分析手段研究评价体系中的关键因素,运用熵原理定量计算关键因素权值,同时根据置信度辨别准则对巷道类别进行断定.许满贵[49]综合分析了多种不确定信息处理方式方法的优缺点和适用条件,选用复杂且精到准确度较高的模糊数学法结合神经网络法进行不确定信息的处理,充分利用了模糊数学能够综合评判和神经网络拥有自学习能力的特点,建立模糊神经网络模型.该模型能够通过评价的经过不断地完善本身,具有并行计算和在全局范围内寻找最优解的能力,适用于影响因素和权值都在不断变化的大型复杂系统的预测.针对复杂系统的不确定信息处理,通常难以获得精到准确清楚明晰而且可靠的结果,每种分析方式方法都有本身的适用性与局限性[50],对于本文中将进行的巷道稳定性模型,应在综合分析多种信息处理方式方法的优缺点后选择最为适宜的.由于本文篇幅较长,部分内容省略,具体全文见文末附件6主要结论本文以老母坡矿5101工作面作为工程背景,采用理论分析、物理力学实验及数值模拟等手段研究了无煤柱、无充填墙体、组合支架切顶的自然沿空留巷方式在不同工程地质条件下的可行性,运用层次分析法结合模糊数学法建立了沿空巷道围岩稳定性综合评价体系,并与老母坡矿2104工作面的工程实践进行互相验证.本文研究经过中得出的主要结论如下:(1)解释了自然沿空留巷构造的特点和稳定性机理,以及侧向顶板怎样破断构成稳定留巷空间.自然沿空留巷是指留巷空间内不留煤柱、不设充填墙体,通过在巷内布置强力的辅助支撑进行被动切顶的一种沿空留巷方式,其构造的稳定在于构成围岩-支护体系,其关键在于在适宜的机会和空间位置上布置有效的支护体系构成有效的承载体系.(2)分析了巷道顶底板岩石物理力学性质及主要支护材料力学性能,在这里基础上进行了老母坡矿5101工作面的数值模拟研究,数值模拟结果表示清楚,自然沿空留巷方式方法能够构成稳定的留巷空间,巷道围岩的应力及位移分布在工作面回采经过中保持较好的稳定状态,呈现分段渐次垮落特征.在工作面连续推进经过中,应力峰值也逐步向前移进,应力峰值主要集中在工作面端头附近;滞后工作面40~60m范围内采空区应力值已基本降低到稳定状态;巷道两帮承受载荷较大,留巷空间内顶板受力状况良好.(3)分析总结了影响留巷围岩稳定性的关键因素,设计了正交试验进行数值模拟研究,正交试验结果初步分析表示清楚,各影响因素重要性排序为:I(埋深)I(巷道高度)I(顶板岩性)I(采高)I(巷道宽度)I(侧压系数),华而不实多因素对巷道围岩移进率的整体影响趋势趋近线性相关.(4)建立了沿空留巷围岩顶底板相对移进率的线性预测模型:y=0.006A-0.005B+0.004C-0.008R+0.0003H-0.002该模型的决定系数R2在合理范围内,残差知足正态分布,预测模型可靠性较高.基于层次分析法计算了关键因素的影响权值,得出[巷道宽度A,巷道高度B,采高C,煤层埋深H,直接顶岩体质量等级R,侧压系数]的权值为[0.10,0.09,0.08,0.27,0.46,0.01],判定矩阵通过一致性检验.建立了巷道围岩类别的从属度函数,并依此进行支护参数设计.综合上述研究,构成自然沿空留巷方式方法的可行性与适用性评判体系.(5)以老母坡矿2104工作面的实际工程应用对本文的研究进行了验证,围岩相对移进率估计值为6.97%,实际工程中巷道围岩相对移进率约为12%,巷道回采侧帮部变形占据主导地位,受采动的影响大,距离工作面越近,变形量及变形速度越大;距工作面越近时,巷道顶板下沉越占据主导地位;底板变形遭到较为强烈的采动影响,距离工作面越近,底鼓变形量及变形速度越大.巷道两帮与顶底板变形趋势与预测结果较好的吻合,实践证明了无煤柱、无充填墙体沿空留巷方式的可行性,验证了本文所建立巷道围岩综合评价体系的可靠性.致谢彭城春日,天朗气清,身处校园中,细数在矿大求学七年光阴.这里的一切都在塑造着我的精神,烙印在我的成长道路上.我相信,在中国矿业大学的经历值得我铭刻一生.首先感谢我的导师,郑西贵教授,他优秀的做人品质、严谨的治学态度、谦逊的处事风格以及忘我的工作精神都潜移默化地影响着我.从论文的开题、研究方向确实定到最终的成稿,每一步都饱含着教师的谆谆教导.很屡次教师会关切地询问论文的进展情况,指导我关键问题的解决思路.正是教师严格的要求、和颜悦色的教诲,使我有了前进的动力.研究生的三年学习光阴,正是在教师极具人格魅力的带领下,心怀梦想兢兢业业地走过.感谢山西古县老母坡煤业有限公司的刘春雷总工及曹伟康科长在现场实践和基础资料收集方面所给予的帮助和指导,感谢技术科杨志强、王进锋等人对科研项目的支持,在校外实践的经过当中,我感遭到独属于矿业工作者的豪爽与洒脱,同时他们身上坚忍不拔的精神也深深地影响到我.论文的成稿离不开巷道围岩控制课题组的教师、同门师兄弟的无私帮助,忠心感谢姚强岭教授、冯晓巍讲师、种照辉讲师等在课题组内部答辩时给予的指导,感谢郭玉博士、安铁梁博士在论文思路上给予的意见,感谢刘灿灿博士、朱登兴硕士等在论文写作及数值模拟经过中给予的帮助,十分感谢马昂硕士、李之尚硕士、王刚硕士、王济宇硕士、段强强硕士、许梦斌硕士等同门师兄弟在资料收集、实验操作等方面的做出的工作与帮助,在巷道围岩控制课题组与这样一群优秀的人共事是我的荣幸.感谢矿业工程学院、深部煤炭资源开采教育部重点实验室、采矿系的各位教师、领导在科学研究上的支持与指导,感谢他们为学生提供的优越的科研平台和良好的生活环境.感谢我的家人,他们无私的爱与支持,是我在自个成长的道路上最坚强的后盾.勤奋务实进取奉献的矿大校风,好学力行、求是创新、艰辛奋斗、发奋图强的矿大精神都在指引着我前进的方向,我将在中国矿业大学其独特魅力的影响下真正成为一名矿大人,我为身为矿大学子而自豪.最后,向百忙之中审阅本文和参加论文答辩的各位教师致谢,由于本文水平有限,文章中难免有错误之处,还望专家、教授斧正,不甚感谢!以下为参考文献[1]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J].岩石力学与工程学报,2000(03):342-345.[2]韩昌良.沿空留巷围岩应力优化与构造稳定控制[D].中国矿业大学,2020.[3]孙恒虎,吴健,邱运新.沿空留巷的矿压规律及岩层控制[J].煤炭学报,1992(01):15-24.[4]侯朝炯,李学华.综放沿空掘巷围岩大、小构造的稳定性原理[J].煤炭学报,2001(01):1-7.[5]曹伟康.沿空留巷技术在老母坡矿的应用[J].煤炭与化工,2021(01):95-98.[6]何满潮,陈上元,郭志飚,等.切顶卸压沿空留巷围岩构造控制及其工程应用[J].中国矿业大学学报,2021(05):959-969.[7]何满潮,高玉兵,杨军,等.无煤柱自成巷聚能切缝技术及其对围岩应力演化的影响研究[J].岩石力学与工程学报,2021(06):1314-1325.[8]阚甲广,张农,李宝玉,等.典型留巷顶板条件下巷旁充填体支护阻力分析[J].岩土力学,2018(09):2778-2784.[9]韩昌良,张农,李桂臣,等.大采高沿空留巷巷旁复合承载构造的稳定性分析[J].岩土工程学报,2020(05):969-976.[10]SmartBGD,HalesySM.Furtherdevelopmentoftheroofstratatiltconceptforpackdesignandtheestimationofstressdevelopmentinacavedwaste[J].MiningScienceandTechnology,1987,5(2):121-130.[11]BrownET.Reducingrisksintheinvestigation,designandconstructionoflargeconcretedams[J].Journalofrockmechanicsandgeotechnicalengineering,2021,9(2):197-209.[12]OrtleppWD,StaceyTR.Performanceoftunnelsupportunderlargedeformationstaticanddynamicloading[J].Tunne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