云驾岭矿坚硬顶板预切顶沿空掘巷围岩控制技术研究

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坚硬顶板沿空掘巷容易出现悬顶面积大、垮落步距长,悬臂梁长会导致巷道大变形及煤柱破坏。本文以云驾岭9号煤厚硬灰岩沿空掘巷工程为背景,采用理论分析、实验室岩石力学试验、物理相似模拟、UDEC和FLAC3D数值模拟结合现场工业性实验等综合方法,开展临巷预裂切顶卸压,极窄煤柱沿空掘巷围岩控制研究,获得成果如下:(1)通过岩石力学试验获得云驾岭9号煤顶板灰岩单轴压缩抗压强度为81.895MPa,巴西劈裂抗拉强度为7.83175MPa,三轴压缩试验强度114.34 MPa。获得了9号煤灰岩顶板坚硬,完整性强等特点。(2)揭示了临巷预切顶卸压沿空掘巷机理:上区段顺槽超前预裂切顶,煤柱边缘侧形成沿回采方向的切缝,切断了岩块A与岩块B水平联系。B岩块的载荷将不会在A岩块上产生力的作用,A岩块中的应力集中程度将大大减小。同时,切顶后,当下区段沿空掘巷开掘后,巷道上方的A岩块形成了短悬臂梁结构,沿空掘巷覆岩结构由弧形三角板结构转变为短悬臂梁结构。(3)通过UDEC分析不同角度、高度预裂切顶卸压沿空掘巷参数切顶卸压效果,获得了切顶卸压最优参数。最优切顶角度为10°,切缝两侧岩石的滑动力大于摩擦力,岩石沿切缝快速滑落,悬顶结构长度减小,巷道及煤柱承受载荷减小。最优切顶高度为11m,切落岩石充分填充采空区,采空区岩石、煤柱、巷道形成有效承载结构给上覆岩层支撑力,达到了顶板主动卸压目的。(4)利用FLAC3D数值模拟技术,分别建立常规沿空掘巷和预切顶沿空掘巷数值模拟模型,对比分析了两种方式下不同开采阶段巷道围岩变形、应力场演化及塑性区分布的差异性,揭示临巷预切顶卸压沿空掘的技术可行性。(5)基于云驾岭煤矿19101与19103工作面地质条件,设计了19101运巷爆破切顶卸压方案,云驾岭使用临巷预裂切顶卸压沿空掘巷技术后,有效控制了19101运巷围岩变形,使19103副巷处于低应力环境。煤柱宽度从20-30m减小到2m,切顶后的19103副巷板顶板、煤柱侧、实体煤侧、底板变形量比19101副巷顶对应位置的变形量分别降低了73%、78%、75%和62%。
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