沿空留巷围岩失稳机理与控制技术.pdf

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1、2010年第3期煤矿支护3石家庄中煤杯毒‘评论文沿空留巷围岩失稳机理与控制技术李琰庆李志红[淮南矿业集团公司谢家集一矿,安徽淮南232046]摘要通过建立沿空巷道上方老顶断裂前、后形成的“悬臂梁”和“砌体梁”力学结构,分析结构的力学、运动特点,研究得出沿空留巷围岩可能发生切落、回转、破断(跨冒)和冒落等四种失稳状况,提出巷内锚网组合支护加固煤帮防止切落,控制顶板、防止冒落;巷旁工字钢配砌筑矸石带或浇筑充填料,增加支撑点,形成“简支梁”结构,阻止老顶回转和下沉;动压范围内辅以单体液压支柱弱化应力影响,防止老顶断裂和跨冒等联合控制技术。经淮南、淮北矿区的实践证明,能有效控制围岩的变形与失稳

2、,局部巷修后满足使用要求,为沿空留巷技术的推广应用提供了技术指导。关键词沿空留巷老顶失稳机理控制技术应用留巷技术时没有取得预期的效果,甚至留巷失败,限制了这一技术在我国更广泛地应用。沿空留巷技术是煤矿开采技术的一次重本文通过分析沿空巷道围岩的破坏过大技术变革。由于完全取消了区段煤柱,不程,建立老顶破断前、后的力学结构,进而仅提高了煤炭资源的回采率,降低了巷道的根据结构力学特点和断裂岩块的运动形式研掘进量,而且改善了矿井的生产条件。尤其究留巷围岩的失稳机理和控制技术,确保了是对于开采高瓦斯煤层的矿井而言,工作面留巷技术的成功。采用沿空留巷技术为“Y”型通风方式提供了必要条件,解决了高瓦斯

3、煤层工作面2沿空留巷围岩失稳机理“U”型通风上隅角瓦斯积聚与超限问题L1],其技术优势和经济效益显著。在用垮落法开采的长壁工作面采空区,沿空留巷技术自20世纪5O年代在我国顶板运动规律是自下而上形成冒落带、裂隙开始使用以来,各大矿区在沿空留巷技术的带、弯曲带。沿空巷道如同停采的工作面,应用方面进行了许多的探索,积累了丰富的其顶板活动规律与采场有不同之处,也有相经验,从薄煤层到厚煤层,从缓倾斜煤层到同之处。它们之间的不同点在于采场顶板随急倾斜煤层,都有沿空留巷的成功经验。但工作面推进,老顶在初次失稳后处在周期性是,沿空巷道的矿压显现比位于煤体内的单失稳的运动状态,而沿空巷道的顶板经过运一

4、巷道复杂的多,除与开采深度、围岩强动后一直处于稳定状态。相同点在于都是处度、巷道跨度、支护形式等因素有关外,主在一侧是煤体,另一侧是采空区的特殊地要取决于采动影响。目前,沿空留巷技术在段,而且老顶破断后岩块形成的结构也类支护设计思路、巷内支护、巷旁支护及理论似。研究方面还存在一些缺陷,使得一些矿井在工作面回采后,原巷道将失去煤壁的支4煤矿支护2010年第3期撑,上覆岩层发生剧烈运动,老顶发生断裂(1)切顶失稳并在沿空巷道上方形成“悬臂梁”结构,如沿空巷道煤帮无论是老顶断裂前呈“悬图1(a)所示。由于沿空巷道处在移动盆臂梁?结构,煤帮作为悬臂梁的唯一支撑地倾斜剖面的边缘部位,在一侧煤壁的

5、支承点,还是断裂后呈“砌体梁”结构,作为两条件下,老顶岩层受到拉伸与压缩作用,在个支撑点中的一个,均承受着老顶及上覆岩煤壁上方产生裂隙,随着裂隙向下发展,层较为集中的支承压力,致使煤帮产生严重“悬臂梁”老顶断裂成岩块A和岩块B,并的变形和破裂,导致老顶沿煤帮切落,发生向下回转与早期断裂的岩块C接触。在水切顶失稳。平挤压力作用下形成一个两端分别以煤体和(2)回转失稳冒落矸石为支点的铰接岩梁结构,即“砌体随着工作面的推进,老顶在从“悬臂梁”结构[5],如图l(b)所示。梁”到“砌体梁”结构的形成过程中,老顶的断裂与下沉是不可抗拒的。正是由于老顶岩体A断裂形成的岩块B的回转和下沉,使岩块C成

6、为岩块B的另一个支撑点。如果开采的煤层厚度大,伪顶、直接顶厚度小,煤层回采后冒落的矸石少、充填高度低,岩块C的下沉空间便会很大,致使岩块C与岩块A之间的高差增大,岩块B的倾斜增大,(a)“悬臂梁”结构岩块B与岩块C不能铰接形成“砌体梁”岩体A结构,导致岩块B以煤帮侧为支撑点,发生回转失稳。(3)破断失稳(垮冒失稳)在巷煤帮和岩块C两个支点能支撑起老顶的时候,如果留巷巷道宽,老顶受断层等地质构造影响不完整或者厚度小、岩层(b)“砌体梁”结构差,老顶承载不了自身及上覆岩层的载荷,图1老顶断裂前、后的结构模型将会在巷道上方断裂,产生破断失稳。由于从沿空巷道上方老顶断裂前、后形成的老顶破断的同

7、时,伪顶和直接顶也随着冒落“悬臂梁”和“砌体梁”结构中可以看出,下来,因而又称作垮冒失稳。沿空留巷围岩的失稳与老顶的运动直接相(4)冒落失稳关,老顶断裂形成的岩块B的运动决定着巷道顶板受强烈的掘进和采动影响,特沿空留巷围岩的失稳形式。由于岩块B承别是在超前支压和采空支压的叠加作用下,载着上覆岩体和自身岩体的强大载荷,支撑导致伪顶、直接顶发生较大的位移和变形,它两端的煤帮和岩块C两个支点便需要来与老顶产生离层,在岩块B的回转挤压下承载这部分载荷。

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