寺河矿厚煤层大断面巷帮破坏机制及围岩稳定性控制

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巷道煤帮围岩的稳定性是煤矿开采的重要因素,因此对于巷帮围岩的稳定性控制是有效提高巷道顶板稳定性的决定性因素。寺河煤矿整体贮存特点是煤层厚、埋藏浅,具有较大的断面尺寸,在对巷道工作面回采的时候容易造成巷道煤帮较为严重的结构性破坏,成为开采性生产作业的重要风险。本次研究针对寺河煤矿5-2煤层特点,重点关注15207巷道开掘状况,采用理论分析、数值模拟、理论模拟实验以及现场观测数据分析等研究方法,综合测量与求取巷道煤帮岩层结构与力学数据,分析导致巷道煤帮发生破坏的原因与各项影响因素,分析煤帮发生破坏的主要表现形式,针对性分析破坏表现形式并研究煤帮支护方式,解释说明巷道煤帮支护形式的原因与优劣状况,最终得出针对该煤矿煤层整体防护加固方案。主要结论如下:(1)经过观测与分析,得出寺河煤矿5-2煤层巷道煤帮主要有三种破坏状态,分别为巷帮肩角发生破坏、巷帮中间部位的向外鼓起露出以及巷帮表面局部性成片脱落。(2)针对观测与分析得出导致此些破坏形式的主要原因。(a)对于巷道开挖过程进行观测,对于巷道帮部各方向实时力学数据进行记录与建模推导,对于巷道帮部围岩内部水平位移量、内部垂直应力状态与水平应力状态进行力学模型的分析表达,综合考虑塑性区与破裂区实际情况,分析巷道进行开掘过程中对于帮部状态影响的主要因素以及回采过程中容易导致巷帮发生破裂的主要原因,最终权衡各方向力学指标、煤层岩石状态、埋藏深度、煤体弹性状况等主要影响变量对于巷帮破裂的影响程度。将巷道长宽高数据以及巷帮受压指数代入Design-Express软件,通过模拟实验,研究各项指标变化对于巷道煤帮形变自己位移量的实际影响。(b)在对于巷道进行开掘的过程中,巷道帮部煤岩内部受力状态较之于开采之前的应力分布状态有以下变化:水平应力明显下降、垂直应力明显增大,水平与垂直两个应力指数的前后变化容易导致巷道帮部岩层发生结构性破坏。(3)经过对目标煤层的目标巷道进行巷道受力受压状况分析,提出了对于回采工作面的巷道强帮支护的稳定措施。利用数值模拟模型进行13种状况的理论性分析,综合衡量比对后得出,通过加护4根φ18×3000mm螺纹钢锚杆,控制1000×2000mm的排距形式,能够将塑型形变的区域范围控制在较小的范围,使巷道帮部围岩结构稳定可靠性有效提高,极大程度的将变形量达到了最小值。
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