深埋大断面开切眼大厚度泥岩顶板冒顶机理及其梯次支护技术研究

针对深埋大断面开切眼大厚度泥岩顶板易发生冒顶的问题,以张家洼煤矿9 m宽的大断面开切眼为研究对象,采用室内试验、现场实测、理论分析及数值模拟等研究了该类巷道的围岩变形破坏特征与应力场分布特征,揭示了冒顶机理,并提出了锚网梁+长短锚索的梯次主动支护与单体柱+木垛的联合被动支护相组合的协同控制技术。结果表明:发生冒顶的内在原因是直接顶的大厚度泥岩强度低,外在原因是水对泥岩的崩解破坏、单体柱反复加卸载的疲劳损伤以及深部高应力,主要原因是支护参数不合理。通过梯次支护中9.3 m的短锚索与锚网梁将顶板中下部的软岩有效组合在一起,形成一个具有承载作用的锚固体,且受力均匀;通过梯次支护中12.3 m的长锚索将该锚固体悬吊于深部稳定岩层。再配合该联合被动支护的有效支撑与信号作用,协同实现该条件下巷道围岩的有效控制。采用梯次支护技术后,1305开切眼围岩稳定性显著提高。

掘进迎头顶板变形特征及合理空顶距确定方法

针对掘进迎头附近顶板稳定性影响因素多、空顶距离取值不合理导致掘进速度慢的难题,建立梁结构模型,分析空顶区直接顶下沉规律,并采用数值模拟和响应面法分析影响迎头顶板变形的关键因素及其交互作用关系。结果表明:地质力学环境不变条件下,影响顶板变形破坏的因素中空顶距离最关键,其次是软岩厚度,最后是支护强度。提出通过采用响应面法分析空顶距离、支护强度和岩层结构等关键因素的交互作用来确定最大空顶距离的方法;根据霍尔辛赫矿井条件,空顶距离超过2m且软岩厚度超过2m条件下顶板的下沉较难控制。在霍尔辛赫3603运输巷进行现场应用,将空顶距离定为2 m左右,并提高支护强度至0.1~0.15 MPa后,掘进速度提高约36%,而且巷道整体稳定可控,验证了研究结论的合理性。