工作面超前支护段强动压巷道围岩应力优化技术研究

以芦子沟矿3107特厚煤层综放工作面为工程背景,应用数值模拟分析了3107工作面采动阶段煤柱侧帮围岩应力动态变化特征,巷道煤柱侧帮围岩受采动影响强烈。理论分析了回采巷道强动压显现机理,基于此,提出强动压巷道顶板大深度预切缝卸压技术,并阐述了其技术原理。预切缝后,沿空巷道超前支护段围岩应力降低,侧向支承压力峰值位置向工作面中部移动,沿空巷道超前支承压力峰值位置向工作面推进方向前移,能够有效改善超前支护段巷道围岩应力状态。数值模拟及现场实测结果表明预切缝后超前支护段巷道围岩稳定,巷道变形量减小,矿山压力显现缓和。

煤层巷道围岩破断失稳演化特征和分区支护研究

为研究煤层巷道围岩失稳过程及裂隙演化特征,并对支护方式选择提出建议,通过数值模拟获得工作面附近围岩应力分布特征,并将围岩受力状态简化成平面应变问题、准平面应变问题和三维复杂应力问题3种。采用自行研制的相似材料模拟试验台及煤岩体细观力学试验装置,分别针对平面应变和准平面应变2种应力状态下煤岩体的破坏过程及裂隙演化特征进行试验研究。结果表明:1)层状围岩梯形巷道受载失稳存在3个阶段,即楔形破坏阶段、滑移失稳阶段、顶底板大挠度断裂阶段。高垂直应力条件下,顶、底板初始变形造成两帮出现明显剪切滑移后,直接顶、底板分别出现"三铰拱"形态冒落及鼓胀断裂。2)准平面应变条件下,煤体自由端首先出现张拉破裂失稳,造成上覆直接顶砂岩受力不均,并出现一次弯曲断裂;随载荷增大,煤体出现滑移失稳并呈现出"弧线"压出形态,顶板砂岩发生断裂;裂隙煤体与砂岩反复作用形成多对贯通裂隙,说明顶板断裂位置、形态与煤体失稳过程具有显著的对应关系。结合压剪和拉伸破坏机理,对单一煤层巷道和沿空留巷煤层巷道围岩的支护进行分区研究,并提出相应的支护建议。