沿空留巷顶板运动与巷旁支护阻力研究

运用Winkler弹性地基理率,把沿空留巷巷道上方顶板看作弹性薄板条，建立了顶板运动力学模型，导出顶板的挠曲运动方程，分析了顶板内应力的分布特征，提出了计算巷旁支护阻力的新方法，并用示例进行了说明。

宽断面预留墩柱沿空留巷墩柱支护阻力计算研究

针对常规沿空留巷技术在工作面回采速度和采空区作业危险性方面存在的局限性,提出了一种新型沿空留巷技术——宽断面预留墩柱沿空留巷技术,该技术的实施步骤为:首先掘进一条宽断面巷道,随后在巷道断面中心安设一排墩柱,墩柱的一侧为本工作面的运输巷,另一侧作为下一工作面的轨道巷,墩柱作为巷旁支护体使下一工作面的轨道巷保留下来以供使用。结果表明:在掘巷时设立墩柱能够维持宽断面巷道围岩的稳定,同时避免了传统沿空留巷在工作面后方作业,安全性得到了较大提高。在巷道掘进阶段,采用二次成巷技术和锚杆-墩柱联合支护技术可保证巷道的稳定;在留巷阶段,高强度的墩柱对沿空留巷顶板的切断和支撑有较好的控制效果,当墩柱间距为1.5 m时,切顶所需墩柱阻力为21.53 MPa,小于墩柱抗压强度(42 MPa),墩柱承载力满足沿空留巷要求,顶底板相对移近量为652 mm,墩柱压缩量最大值为164 mm,墩柱能起到一定让压作用,同时对顶板有较好的支撑,可以很好地适应沿空留巷顶板活动规律,现场应用效果良好。

墩柱式沿空留巷技术研究

为解决济宁二号煤矿工作面回采距离短、掘进速度慢、采掘接替紧张的难题,通过采用墩柱压力试验、建立力学模型、理论计算及现场试验方法,创新性地提出采用墩柱结构进行沿空留巷。结果表明:墩柱能够满足留巷强度要求,切顶所需压力为21.96 MPa;当钢管内砂石质量配比为1.0∶1.6时,墩柱式沿空留巷效果最好,墩柱既能保持较高强度,又具有良好的可缩性;矿压观测结果显示顶底板移近量最大为596 mm,两帮移近量最大为299 mm,能够保证沿空留巷的稳定性。

沿空留巷关键块的稳定性力学分析及工程应用

由于巷旁充填初期充填体承载能力较低,保持沿空留巷期间工作面端头关键块的稳定至关重要。通过建立沿空留巷关键块结构力学模型,基于关键块滑落失稳及挤压变形失稳的判别条件,推导出巷旁支护阻力的计算公式。以淮南谢一矿512(5)工作面机巷作为工程背景,研究了煤帮支护阻力、巷内支护阻力、巷旁支护阻力及充填体宽度对关键块的稳定性影响。研究结果表明,巷内支护采用具有较高主动支撑力的支护,煤帮采用高预应力、高强度锚杆加固,以及巷旁支护选用早期强度高、增阻速度快的充填材料,有利于提高关键块的稳定性。在获得以上研究结果的基础上,对512(5)工作面机巷沿空留巷支护参数进行设计。工程实践表明,采用锚带网索巷内基本支护、巷内分区分级加强支护及膏体材料泵送充填工艺系统是合理可行的,在巷内支护阻力不低于0.15 MPa,巷旁支护阻力不低于3.5 MPa的条件下,充填体宽度取2.5 m能够保证沿空留巷期间关键块的稳定。