高应力软岩沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩控制技术

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。

区段间相邻巷道锚杆-锚索联合支护协调作用机理研究

基于错层位区段间相邻巷道联合支护技术对锚杆-锚索作用机理展开研究。以新巨龙煤矿一采区煤岩体为研究对象,采用FLAC3D数值模拟软件研究分析上区段沿顶巷道侧帮锚索参数对侧向煤体应力分布和力学性质的影响;确定合理的侧帮锚索和沿底巷道顶板支护参数;并对采动影响下沿底巷道支护效果进行验证。结果表明:侧帮锚索与锚杆支护参数“配合”效果明显,锚固体形成受力均匀的似“梁”结构体;锚固体力学性质得到提高,为沿底巷道顶板支护提供了理论基础;上区段沿顶巷道侧帮锚杆-锚索的联合支护作用可以为下区段沿底巷道顶板支护构件提供较强的锚固力和较为稳定的围岩环境,更有利于发挥下区段沿底巷道顶板锚杆的悬吊机制,使厚煤层沿底巷道的顶板维护更为有利。