坚硬无直接顶沿空留巷围岩稳定性控制研究.pdfVIP

煤 炭 科 技 2012年第 1期 l4 COALSCIENCE ＆TECHNOLOGY MAGAZINE No．1 2012 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 都积极开展沿空留巷的工业性试验并取得较好的效 关键层理论在推导过程 中假设支撑关键层的弹 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 在低应力区中，但由于煤(岩)体在一次动压作用下围 用下，随着基本顶空顶板长度的增加，会在巷道上方 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 应力分布与普通的煤柱维护巷道明显不同。 矿压显现。根据关键层 “S—R”稳定理论，采空区侧直 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 为巷道顶板和支护体上部存在一个 “免压区”，对于 结构不存在。为此，本文通过在充填体外侧构筑似垫 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 体不受到破坏，必须存在一个稳定的结构支撑并控 向应力状态。在集中应力作用下 ，巷道煤体边缘首 制上部关键块的旋转下沉。通常认为，直接顶垮落 先遭到破坏，并逐步向深部扩展，直至弹性应力区 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 将不存在这种垫层结构。为此，本文提出人工构筑 力方面应力影响范围均较小；随着巷道埋深的加大， 似垫层结构的设想 ，采用理论分析、力学计算等方 应力影响范围加大。同一巷道埋深条件下，巷道高度 法研究无直接顶条件下沿空巷道应力分布规律，分 增加，极限平