超大断面巷道支护关键技术及采动应力演化规律
程利兴1
王锐2
张镇1
李增林2
任建超2
汪占领1
贾金河1
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 1000132.陕西陕煤曹家滩矿业有限公司,陕西榆林 719000
摘要：针对超大断面巷道围岩变形控制难题,以曹家滩煤矿超大采高工作面回采巷道为研究背景,研究了曹家滩煤矿顶板岩层分布规律,分析了"高+低层位厚硬顶板"结构特征,明确了动压巷道围岩变形呈现非对称性、分区性、持续性的特征及其形成机理.采用数值计算分析了巷道断面尺寸对围岩稳定性的影响及支护预应力场分布特征,确定了合理的锚杆支护参数,提出了高预应力锚杆支护提高近场围岩稳定性、顶板水力压裂降低远场矿压动载的协同控制技术,分析了不同煤柱宽度下围岩应力及塑性破坏分布规律,确定了超大采高工作面合理护巷煤柱宽度为25 m,制定了超大断面巷道锚杆支护及水力压裂卸压技术方案.采用自主研发的超大断面巷道矿压监测预警系统平台,揭示了超大采高工作面动压巷道采动应力演化规律,获取了压裂区顶板微震能量演化规律及空间分布特征.结果表明:超大断面巷道掘进期间巷道未发生明显变形,锚杆受力很快趋于稳定.工作面回采阶段超前影响范围135.7 m,辅助运输巷滞后工作面229.6 m矿压基本趋于稳定,工作面超前支承压力峰值位于25.3～31.7 m内,锚杆受力及煤柱应力剧烈变化周期短,且很快趋于稳定,锚杆最大受力142 kN,锚索最大受力178 kN,煤柱最大应力增量8.6 MPa.相对于普通综放工作面,留巷巷道矿压影响周期明显减小,顶板水力压裂显著弱化了坚硬厚顶板,有效减小了煤柱侧向支承压力的持续作用.煤柱侧向顶板微震能量在超前工作面170m至滞后工作面220m显著增大,在滞后工作面20～60m顶板活动最为强烈,随后迅速减小,表明顶板高低层位岩层及时有序垮落,微震能量与采动应力演化规律具有较好的一致性,揭示了顶板高低位岩层运移状态与矿压形成机理.超大断面巷道围岩全周期内均未出现明显变形,表明超大断面巷道采用高预应力锚杆支护与顶板压裂卸压协同控制技术,达到了较好的围岩变形控制效果.
关键词：超大断面巷道锚杆支护采动应力围岩控制水力压裂卸压微震能量
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52174080)国家自然科学基金(52274123)国家自然科学基金(52304141)
论文发表日期：2025-04-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 1979-1992 )
英文信息