云驾岭煤矿12303工作面沿空留巷二次采动围岩稳定性：机制、模拟与实践.docxVIP

云驾岭煤矿12303工作面沿空留巷二次采动围岩稳定性：机制、模拟与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

煤炭作为我国重要的基础能源，在国家能源结构中占据着关键地位。随着浅部煤炭资源逐渐减少，矿井开采深度和强度不断增加，开采过程中的技术难题也日益凸显。云驾岭煤矿在长期的开采实践中，面临着资源合理开发与高效利用的双重挑战。

沿空留巷技术作为一种先进的无煤柱开采技术，在云驾岭煤矿的应用具有重要意义。该技术通过在采煤工作面后方保留回采巷道，并加以支护改造，使其能够作为下一个采煤工作面的回采巷道再次使用。这一技术的应用，有效地提高了煤炭资源的回采率，减少了煤炭资源在煤柱中的损失，符合国家对煤炭资源高效利用的要求。同时，取消区段煤柱后，巷道掘进率显著降低，减少了巷道掘进的工程量和成本投入，包括人力、物力和时间成本等，有助于优化矿井的生产布局，提高生产效率。此外，沿空留巷技术为“Y”型通风方式创造了条件，有效解决了高瓦斯煤层工作面“U”型通风上隅角瓦斯积聚与超限的问题，极大地提升了煤炭开采的安全性，为高瓦斯矿区煤气共采一体化提供了技术支撑。

在云驾岭煤矿的开采过程中，12303工作面沿空留巷受到二次采动的影响。二次采动会使巷道围岩应力重新分布，导致围岩变形加剧，破坏形式更加复杂，增加了巷道支护和维护的难度。若不能有效控制二次采动下围岩的稳定性，可能引发巷道坍塌、顶板冒落等事故，严重威胁煤矿工人的生命安全，影响矿井的正常生产秩序，造成巨大的经济损失。因此，深入研究云驾岭煤矿12303工作面沿空留巷二次采动围岩稳定性，对于保障矿井安全生产、提高煤炭资源开采效率、降低开采成本等方面具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在沿空留巷技术研究方面，国内众多学者取得了丰硕成果。中国矿业大学的学者通过对多个煤矿沿空留巷工程的实测分析，深入研究了深部高地应力对沿空留巷围岩变形的影响，发现围岩变形呈现出强烈的非均匀性和时效性。淮南矿业集团的研究人员对潘一矿东区深井沿空留巷进行监测，得出顶板下沉量在采动影响下迅速增加，且受顶板岩性、充填体强度等因素影响显著的结论。一些研究通过数值模拟软件如FLAC3D、UDEC等，对沿空留巷围岩变形进行模拟研究，分析不同地质条件和开采工艺下围岩的应力应变分布情况，为支护设计提供理论依据。同时，国内在沿空留巷支护技术方面也有诸多创新，提出了“锚网索+充填体”联合支护技术，通过优化锚网索参数和充填体材料性能，增强了对围岩的支护效果。神东煤炭集团应用的新型柔模混凝土充填技术，具有充填效率高、密封性好等优点，能够有效适应围岩变形，保障了留巷的稳定性。

国外在沿空留巷技术研究方面也有一定进展。例如，在深部开采围岩变形研究方面起步较早，南非的深部金矿开采中，对深井巷道围岩的大变形和冲击地压现象进行了深入分析，发现高地应力下围岩的非线性力学行为十分显著。在沿空留巷围岩变形特征研究上，通过现场实测与数值模拟相结合的方法，揭示了沿空留巷围岩在采动影响下的变形规律，包括顶板下沉、煤帮鼓出和底鼓等变形随时间和空间的演化过程。在支护技术方面，澳大利亚在深部巷道支护中采用高预应力锚索和高强度锚杆联合支护系统，有效控制了围岩变形；德国应用先进的注浆技术，对破碎围岩进行加固，提高了围岩的自承载能力。

在二次采动围岩稳定性研究方面，国内学者运用结构力学理论建立巷道覆岩层结构力学模型，分析巷道在采动影响下围岩的稳定性，得出了上覆岩体在破断后关键块体的下沉解析式。通过建立受采动影响巷道三维数值模型，研究巷道围岩的位移变化及塑性区分布，得到了采动影响下巷道围岩的变形和破坏规律。现场实测也表明，不同工作面后方不同距离处，巷道受到采动影响的程度不同，围岩矿压显现和变形量也存在差异。

国外对于二次采动围岩稳定性的研究，主要集中在通过先进的监测技术和数值模拟方法，分析二次采动对围岩力学性质和稳定性的影响。例如，利用高精度的传感器监测围岩的应力、应变变化，结合数值模拟软件模拟二次采动过程，预测围岩的变形和破坏趋势，为巷道支护和维护提供科学依据。

1.3研究内容与方法

本研究主要内容包括：深入研究云驾岭煤矿12303工作面沿空留巷围岩的活动规律，分析采场矿压特点，探究沿空留巷覆岩运移规律，包括覆岩断裂移动规律、上覆岩层垮落形式以及一次和二次沿空留巷关键块断裂移动规律，同时研究沿空巷道围岩应力分布特点；运用数值模拟软件对12303工作面沿空留巷二次采动围岩稳定性进行模拟研究，建立符合实际地质条件的模型，分析距工作面不同距离时巷道围岩的垂直应力、垂直位移以及塑性区的分布规律和范围；开展沿空留巷二次采动覆岩运移规律相似模拟研究，根据实验目的和巷道工程地质条件进行模型设计，分析二次采动覆岩运移规律，包括模型开采过程、覆岩移动变形特征以