大采高综放面沿空掘巷围岩控制研究

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1、博士学位论文大采高综放面沿空掘巷围岩控制研究ResearchonSurroundingRockControlofGob-sideEntryDrivingofFullyMechanizedTopCoalCavingMiningFacewithLargeMiningHeight申请人姓名：海林鹏指导教师：周英教授学位类别：工学博士专业名称：矿业工程研究方向：矿山压力与岩层控制河南理工大学能源科学与工程学院二〇一七年六月中图分类号：TD325密级：公开UDC：622单位代码：10460大采高综放面沿空掘巷围岩控制研究ResearchonSurrou

2、ndingRockControlofGob-sideEntryDrivingofFullyMechanizedTopCoalCavingMiningFacewithLargeMiningHeight资助项目：国家自然基金煤炭联合基金重点支持项目（U1261207）申请人姓名海林鹏申请学位工学博士学科专业矿业工程研究方向矿山压力与岩层控制导师周英职称教授提交日期2017.04答辩日期2017.06河南理工大学致谢岁月弹指，时光匆匆，博士生学习即将结束。回首这几年的学习生活，辛酸与喜悦同道。从博士研究生开始学习的第一课起，一路跋涉，历经山重水复，

3、终至柳暗花明。这一路，岂一个“谢”字了得！怎能忘，我的导师周英教授！他治学态度严谨，从论文选题、资料查找、框架构建、内容撰写以及最后修改整理，都给予我全过程的悉心指导；他还经常在专业理论上给予我夜以继日的辅导和解释，并要求我要具有实践意识和实践行动，多次带我到现场井下验证每个现场数据，传道授业解惑在导师身上得到充分体现，令人敬佩和尊重。他严谨的治学态度、敏锐的观察力、宽阔的科研精神，以及他的积极进取、乐观向上的生活态度，为我今后的科研道路上和人生道路树立了榜样，点亮指明灯。在此，谨向恩师致以崇高的敬意和衷心的感谢！怎能忘，国家自然科学基金煤炭

4、联合基金重点项目课题组全体老师！他们实施周例会制度，深入研讨采矿理论问题，使我加深了对专业理论的理解，拓展了我知识视野。特别是李化敏教授，在学习、生活和论文撰写上给予我了很大的关心、帮助和支持，使我开阔了思路、丰富了知识。郭文兵教授、李东印教授、刘少伟教授、蒋东杰博士等，在我论文选题和撰写过程中提出了许多建设性建议并给予无私帮助。怎能忘，一双双热情相助的双手！感谢王伸、许永祥、岳帅帅、张敏、李坤等硕士研究生师弟为数值模拟以及论文撰写过程中提供的帮助。感谢大同煤矿集团塔山煤矿匡铁军总工、技术部张艳群等同志为现场观测、试验提供的便利与帮助。感谢能

5、源科学与工程学院所有老师的关心和帮助，怎能忘，身边的家人！一直以来，家人都鼓励和支持我进行学业深造，尤其是在我遇到困难和挫折时，更是给予了我战胜困难克服挫折的勇气和信心。他们的支持和理解就是我前进的强大动力！也感谢论文中所有文献的作者，您们的研究成果推动了中国采矿事业的发展，也是论文得以完成的基础。行百里者半九十。冲刺关头，各位评审专家在百忙之中给予评审和指导，为我画龙点睛。有了这些，我走到了今天；有了这些，我会走得更远。海林鹏2017年4月摘要塔山矿煤层平均厚度15m，采用大采高综放一次采全厚技术，工作面年产量超过一千万吨。由于采厚大、开采

6、强度高，区段煤柱一直沿用38~45m的宽度，每千米煤柱煤炭损失近100万t。回采巷道处于侧向支承压力的高应力区，巷道出现较严重的冲击矿压现象，变形严重、维护困难，威胁安全生产。为提高煤炭资源回收率和控制围岩变形，采用6m小煤柱沿空掘巷技术，综合运用现场实测、理论分析及数值模拟实验等方法对端部覆岩结构、侧向应力场时空演化以及围岩变形机理等进行了系统深入的研究，取得的主要研究成果如下：(1)研究了大采高综放面端部覆岩的活动范围，分析了大采高综放面端部覆岩破断运移规律，建立了端部结构力学模型，提出了端部三角滑移区及其运动模式；分析了直接顶、基本顶的

7、特性，揭示了采空区稳定前、后端部覆岩结构的运移变化特征，分析了端部结构的稳定性，研究了采厚对端部覆岩结构的影响；(2)分析了大采高综放面侧向应力场与端部顶板结构的时、空、强演化规律，掌握了采空区稳定前后随端部结构变化过程中侧向支承压力的分布规律，研究了采厚、未放煤宽度对端部结构、侧向支承压力的影响，确定了沿空掘巷的合理位置和时机；揭示了三角滑移区破断滑移后作用在煤柱上力的减小是侧向支承压力降低的根本原因；(3)掌握了沿空巷道掘巷、回采期间的巷道变形机理，揭示了沿空掘巷围岩变形受控于高位基本顶的回转变形和三角滑移区滑移回转的规律，分析了煤柱宽度

8、不同时煤柱内应变能密度分布规律，煤柱内集聚的应变能突然释放是大煤柱巷道成巷道冲击矿压的根本原因；通过数值模拟得到了锚杆、锚索的附加应力场在巷道围岩深部、中部、浅部形