【摘要】：小煤柱沿空掘巷是綜放工作面實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、快速接替、提高煤炭資源采出率的重要支撐技術(shù),在我國(guó)礦井應(yīng)用十分廣泛。由于沿空掘巷位于采空區(qū)邊緣,服務(wù)期間經(jīng)受上工作面老頂側(cè)向破斷結(jié)構(gòu)和本工作面采動(dòng)影響,巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境惡化,圍巖穩(wěn)定性受到破壞,嚴(yán)重困擾著沿空掘巷技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。本文采用理論分析、數(shù)值計(jì)算和相似材料模擬相結(jié)合的研究方法,以采空區(qū)老頂側(cè)向破斷特征為切入點(diǎn),研究了上工作面和本工作面回采過(guò)程中老頂兩次破斷結(jié)構(gòu)特征以及對(duì)沿空巷道圍巖應(yīng)力的擾動(dòng)規(guī)律,揭示了沿空巷道圍巖變形破壞機(jī)理,提出了通過(guò)控制小煤柱和底板變形的圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)。主要成果如下:(1)綜放工作面一次采動(dòng)時(shí)側(cè)向老頂“三鉸拱”結(jié)構(gòu)在破斷塊體鉸接點(diǎn)處產(chǎn)生極大的水平推力,對(duì)側(cè)向煤體應(yīng)力擾動(dòng)劇烈。本工作面煤柱上方、破斷老頂鉸接區(qū)域及工作面內(nèi)部等位置超前支承壓力影響距離及應(yīng)力集中系數(shù)等方面存在差異,其中煤柱上方應(yīng)力分布受側(cè)向老頂兩次破斷結(jié)構(gòu)影響,并且在不同煤柱尺寸條件下其影響主導(dǎo)地位不同。(2)揭示了本工作面老頂側(cè)向破斷形式與煤柱尺寸之間的關(guān)系:小煤柱時(shí)側(cè)向老頂由“固支梁”破斷變?yōu)椤般q支梁”破斷,破斷巖塊長(zhǎng)度較大并在一定條件下發(fā)生二次破斷,得到隨煤柱尺寸增加,巷道圍巖變形由煤體強(qiáng)度主導(dǎo)向采動(dòng)應(yīng)力主導(dǎo)轉(zhuǎn)變的結(jié)論。(3)根據(jù)對(duì)小煤柱受力特征和變形規(guī)律的研究,分析了小煤柱的變形失穩(wěn)機(jī)理。提出了煤柱內(nèi)部變形中性面的概念,中性面可以作為錨桿錨固的基點(diǎn),錨桿支護(hù)可顯著增大煤柱中性面極限承載區(qū)的寬度與承載能力,實(shí)現(xiàn)小煤柱的穩(wěn)定,形成了基于中性面的全塑性小煤柱強(qiáng)化控制技術(shù)。(4)開(kāi)展了在非對(duì)稱垂直壓力作用下沿空巷道底鼓機(jī)理研究,得到了硬軟層組合底板發(fā)生彎曲破斷和錯(cuò)縱剪切抬升的判別公式,垂直壓力作用下,上位硬層的破斷是底板變形的分界點(diǎn):初期硬層彎曲主導(dǎo)底板鼓起,限制下部軟層變形,后期硬層破斷使軟層失去束縛,軟層的破碎滑移成為底板變形的主體。(5)根據(jù)沿空巷道底板變形特點(diǎn),通過(guò)錨桿預(yù)緊力將底板巖層組合在一起,增加其抗彎強(qiáng)度的同時(shí)提高層間抵抗滑移剪切的能力,限制軟弱巖層的滑移空間,形成了整體滑移型底鼓限制技術(shù)。上述研究成果應(yīng)用于龐龐塔煤礦704工作面運(yùn)輸平巷進(jìn)行的工業(yè)性試驗(yàn),取得了成功。該論文有圖137幅,表14個(gè),參考文獻(xiàn)153篇。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD353
【圖文】：

石油 天然氣 煤炭 核能 水力 再生能源圖 1-1 中國(guó)一次消費(fèi)能源構(gòu)成圖（2012 年）Figure1-1 China Energy Consumption Constitution(2012) 另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)厚煤層儲(chǔ)量十

圖 1-7 沿空巷道頂板弧形三角塊結(jié)構(gòu)Figure1-7 Arc Triangle Structure of Gob-side Roadway Roof沿空巷道圍巖結(jié)構(gòu)和維護(hù)特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)沿空巷道上覆巖層傾斜方向上覆巖層的活動(dòng)規(guī)律也開(kāi)展了大量的研究。仁提出長(zhǎng)壁工作面端頭頂板形成“三角形懸板”的觀點(diǎn)，開(kāi)始

三維數(shù)值模型

本文編號(hào)：2780028