坚硬无直接顶沿空留巷围岩稳定性控制研究

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1、煤炭科技2012年第1期l4COALSCIENCE＆TECHNOLOGYMAGAZINENo．12012文章编号：1008—3731(2012)01—0014—04坚硬无直接顶沿空留巷围岩稳定性控制研究张羽，潘跃文(1．潞安矿业集团余吾煤业公司，山西长治046103；2．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221008)摘要：基于围岩关键层理论，提出了无直接顶沿空留巷采空区侧分阶段不等强构筑似垫层结构的设想。采用理论分析、力学计算方法研究了似垫层结构条件下无直接顶沿空巷道实体煤帮

2、和充填体的应力分布特征，认为在无直接顶条件下不能形成稳定的下覆垫层支持关键块的旋转下沉，似垫层结构的存在可以有效地减缓顶板剧烈运动。在此基础上，介绍了相关的围岩稳定控制技术。工程实例表明，采取的围岩控制技术有效控制了沿空巷道变形破坏，保证了巷道的稳定性。关键词：复合顶板；沿空留巷；似垫层结构；长厚比；围岩控制中图分类号：TD353文献标志码：A沿空留巷作为绿色开采体系的重要组成部分，1无直接顶沿空巷道应力分布规律已经成为回采巷道布置的主要形式。我国许多矿区关键层理论在推导过程中假设支撑关键层的弹都

3、积极开展沿空留巷的工业性试验并取得较好的效果。沿空留巷时回采巷道是全煤巷道，尽管通常布置性基础符合Winkler地基假设，在超前支撑压力作用下，随着基本顶空顶板长度的增加，会在巷道上方在低应力区中，但由于煤(岩)体在一次动压作用下围岩已经松散破碎，原有力学性能明显下降，造成巷道出现折断破裂，引起巷道顶板急剧下沉，出现明显的矿压显现。根据关键层“S—R”稳定理论，采空区侧直应力分布与普通的煤柱维护巷道明显不同。一些研究人员通过力学分析、数值计算等方法接顶垮落形成的稳定垫层结构可以有效地控制基本研究了

4、沿空留巷围岩变形特征及应力分布规律，认顶的滑落和转动失稳，在无直接顶条件下，下覆垫层结构不存在。为此，本文通过在充填体外侧构筑似垫为巷道顶板和支护体上部存在一个“免压区”，对于沿空留巷的效果有很大的保护作用，同时认为在一层结构控制围岩变形。定条件下沿空巷道的稳定性受巷旁支护和原有巷1．1实体煤帮变形的力学分析道支护形式的制约与限制，巷旁支护阻力越大，巷沿空留巷开挖后，在巷道实体煤帮侧产生集道顶板下沉量越小。根据关键层理论，要保证充填中应力，实体煤帮由原来的三向应力状态变为两向应力状态。在集中应力作

5、用下，巷道煤体边缘首体不受到破坏，必须存在一个稳定的结构支撑并控先遭到破坏，并逐步向深部扩展，直至弹性应力区制上部关键块的旋转下沉。通常认为，直接顶垮落矸石在膨胀压实过程充当垫层对关键块的稳定起边界。着控制作用。但现有的研究一般集中在对综采放顶在煤帮集中应力作用下，极限平衡区的宽度具煤具有稳定直接顶条件的研究。而无直接顶条件下有以下规律：巷道埋深较小时，在巷道高度和支护阻力方面应力影响范围均较小；随着巷道埋深的加大，将不存在这种垫层结构。为此，本文提出人工构筑似垫层结构的设想，采用理论分析、力学计

6、算等方应力影响范围加大。同一巷道埋深条件下，巷道高度增加，极限平衡区宽度增大，随着界面黏聚力、内摩法研究无直接顶条件下沿空巷道应力分布规律，分析沿空巷道围岩变形破坏机理，并提出相应的围岩擦角及锚杆对煤帮支护阻力的增加，极限平衡区宽度减小。因此，综采沿空留巷时，考虑实体煤帮侧变控制技术。2012年第1期张羽等：坚硬无直接顶沿空留巷围岩稳定性控制研究15形控制，巷道高度应该控制在一定的范围内，以降低填体逐步承载；当充填体高度和木垛高度一致时，充应力集中系数。在既有巷道支护条件下，应该尽可能填体承受载荷

7、明显加大，木垛的支护作用逐步降低。‘_1。。。地增加锚杆支护阻力，并提高围岩的自身强度，以控．．制极限平衡区的宽度，降低维护难度。1．2沿空留巷充填体变形的力学分析对无直接顶沿空留巷巷旁充填体进行如下简化：①充填体外侧似垫层结构采用木垛代替；②基本顶破断前岩块AC所承受的力为0；③工作面上图3只，P2和o的数值关系直接顶与上覆软弱岩层之间已经离层，不存在剪切通过增加侧向支护阻力可以提高充填体的承载力；④基本顶上载荷分布符合巷道开挖后围岩应力能力，同时形成三轴压缩状态。分布规律；⑤基本顶以围岩弹塑性

8、交界处为旋转轴2坚硬无直接顶沿空巷道围岩稳定原理向采空区侧旋转下沉；⑥基本顶下沉以给定变形的形式作用在支护体上。沿空留巷受二次采动影响，巷道变形破坏严重，根据上述简化建立的无直接顶沿空留巷巷旁充底鼓量大。为有效控制围岩变形，支护体系必须既能填力学模型如图l所示。减小围岩变形又能适应围岩变形。基于此，提出坚硬无直接顶沿空留巷巷道围岩稳定原理与控制技术：2．1锚杆(索)网补强支护沿空留巷围岩变形主要出现在留巷阶段，所以前期一定程度的巷道应力释放对后期支护起着有益作用，但是此时巷道周围势