大断面回采巷道非均匀变形破坏与控制对策下载

weixin_39821228 2020-10-02 07:30:32

受特殊围岩结构和复杂采动应力场影响,大断面回采巷道在采掘过程中呈现出非线性力学特征,导致其变形和破坏均呈现出显著非均匀特征,即巷道变形破坏从关键部位开始逐渐扩展,最终导致整个巷道非均匀变形失稳。根据巷道围岩非均匀变形破坏特征,研究其内在力学机制,提出有效的围岩控制对策和支护方案,并进行现场应用,取得了显著工程效果。
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受特殊围岩结构和复杂采动应力场影响,大断面回采巷道在采掘过程中呈现出非线性力学特征,导致其变形和破坏均呈现出显著非均匀特征,即巷道变形破坏从关键部位开始逐渐扩展,最终导致整个巷道非均匀变形失稳。根据巷道围岩非均匀变形破坏特征,研究其内在力学机制,提出有效的围岩控制对策和支护方案,并进行现场应用,取得了显著工程效果。

通过对高应力泥岩顶板回采巷道破坏特征、力学变形机制及失稳原因分析,建立了回采巷道锚杆-锚索支护区变形协调方程,提出了高应力泥岩顶板回采巷道围岩控制关键技术,确定了预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护方案,并对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:高应力泥岩顶板巷道表现为顶板破碎严重及离层量大、两帮呈非对称收敛变形与底鼓量大的特征;高应力及泥岩顶板软弱围岩是巷道围岩产生破坏的内在原因,锚杆-锚索支护强度过低及锚杆-锚索支护区非协调变形则是巷道围岩破坏失稳的外在原因;古汉山矿13051回采巷道围岩为高应力-节理化-膨胀性复合型（HJS）软岩,为ⅠABⅡABⅢABD复合型力学变形机制,采用设计支护方案后,巷道围岩变形能利于释放,围岩压力减小,锚杆-锚索受力均匀,巷道围岩变形保持在可控范围内,预留断面高强预应力锚杆-锚索协调变形支护利于巷道围岩稳定。

以倾斜大断面煤层巷道围岩破坏特征现场观测信息为基础,对其变形破坏关键部位进行研究,得出巷道变形破坏的关键部位为巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位和巷道的底角。在此基础上,提出了倾斜大断面煤层巷道围岩关键部位非对称耦合控制对策,并对巷道非对称耦合支护效果进行了数值模拟研究。结果表明:采用该控制对策可以有效实现支护体与围岩之间的协调变形,保证巷道围岩的稳定。

大变形回采巷道冒顶控制问题一直以来是制约煤矿安全高效回采的重大难题,根据巷道围岩蝶形塑性区理论,以保德矿大变形回采巷道围岩非均匀破坏为背景,分析了回采巷道采动应力场的非均匀演化规律及其作用下的塑性区形态特征。研究表明:1高偏应力环境下巷道围岩塑性区会呈现蝶形分布,蝶形塑性区具有方向性,蝶叶位置会随着主应力方向的变化而改变;2受采动影响后,回采巷道围岩中会产生较大偏应力,且最大主应力方向向回采工作面一侧发生倾斜偏转,使蝶叶位于巷道顶板;3顶板蝶叶内岩石遭到严重破坏,同时伴有巨大膨胀压力和强烈变形,当锚杆(索)不能承受蝶叶内围岩重量时,巷道便发生蝶叶型冒顶。提出采用接长锚杆控制大变形巷道蝶叶型冒顶的方法,现场应用效果良好,为大变形回采巷道冒顶控制提供了新手段。

结合现场地质条件,对大断面回采巷道围岩稳定性及其变形机理进行了研究;通过支护参数优化,有效抑制了顶底板的剪切破坏,降低了巷道的底鼓和收缩变形,达到了设计预期效果,为矿井安全高效生产提供了保障。

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