为了应对煤炭行业发展趋势,提高煤炭采出率,缓解矿井采掘接替难题,深井无巷旁充填切顶卸压沿空留巷技术的研究得到了不断发展。通过预裂切顶爆破阻断巷道上方顶板和采空区顶板的力学传导,可以有效地维护沿空留巷围岩的稳定。切顶高度、切顶角度等切顶卸压关键参数的优化选取直接决定了预裂爆破切顶的效果。本文以淮北恒源煤矿Ⅱ632综采工作面为研究背景,采取三维物理相似模拟、UDEC离散元数值模拟、理论模型分析、工程实测等手段对深井切顶卸压中的切顶高度和切顶角度关键参数进行研究,提出了合理的围岩控制方案,得到了较好的工程实践效果。论文的研究内容和取得的成果可以从以下几个方面进行阐述:(1)采用UDEC离散元数值模拟对不同围岩条件下切顶卸压效果和切顶关键参数进行研究。模型通过控制变量法对不同采煤高度、不同切顶高度以及不同切顶角度下恒源煤矿Ⅱ632综采工作面巷道围岩应力场和位移场变化。(2)三维相似模拟实验采用自行研制的1:100的巷道模型再现了Ⅱ632综采工作面机巷的留巷围岩情况。实验研究深井切顶卸压沿空留巷在一次开挖和一次开挖稳定过程中巷道围岩的变化,从煤层倾向和走向两个角度利用近景拍照和应变监测技术对模型的位移和应力变化进行观测,采用钻孔窥视技术,实时监测巷道内部围岩变化情况。通过对三维相似实验搜集的数据进行分析,围岩变形主要集中在垂直方向,两帮变形量小。无巷旁充填沿空留巷的切顶爆破可以有效切断巷道顶板与采空区顶板的联系,促使顶板充分垮落充填采空区,维护巷道稳定。(3)针对深井沿空留巷对围岩的影响进行探讨,对煤层顶板条件进行分类,依据冒落带评价强度和裂隙带坚硬岩层判据将顶板分成稳定顶板结构、较易稳定顶板结构、较难稳定顶板结构和难稳定顶板结构。建立较难稳定结构力学模型并对切顶高度和切顶角度进行研究,提出关键参数计算公式。(4)基于理论分析,数值模拟和物理相似模拟实验结果对无巷旁充填切顶卸压沿空留巷的围岩控制提出维护策略,并通过恒源煤矿Ⅱ632综采工作面机巷留巷情况进行验证。现场观测数据可以证明采用预裂切顶爆破卸压手段可以解决较难稳定顶板的应力集中问题,更好地维护巷道稳定减少变形,深井无巷旁充填切顶卸压沿空留巷取得成功。图 [69] 表[6] 参[93]