小煤柱沿空巷道--方案论证报告.doc

综放工作面小煤柱沿空巷道矿压规律与围岩强化控制技术研究 方案论证报告 吕临能化有限公司庞庞塔煤矿 中国矿业大学 2014年7月30日  目录 一、项目的背景和意义 沿空掘巷是煤矿井下回采巷道的一种典型形式，它包括沿采空区边缘掘巷、与采空区之间留窄煤柱的沿空掘巷两类情况。由于沿空掘巷可以充分借用工作面回采活动造成的特殊顶板结构来优化巷道围岩应力环境，显著提高煤炭资源回收率，简化采掘接替工艺，在我国越来越多的矿井生产中采用沿空掘巷。的5#、10#煤层赋存厚度大，煤质较软，地应力高，且开采强度大，再叠加工作面采动压力影响，导致大量沿空巷道矿压显现剧烈，突出表现为巷道两帮急剧收敛，底板臌起，根据前期调研表明，沿空巷道帮收敛量达到，两帮局部的收敛变形量可达2m多，底臌量能够达到1.5m，致使巷道断面不能满足正常行人、生产要求，巷道需进行大量的维护，既增加生产成本，又影响正常生产，沿空巷道围岩的控制难题成了矿亟待解决的问题。 针对此问题，主要研究小煤柱沿空巷道覆岩结构活动特征与应力分布变化特征、受本工作面二次采动影响时顶板结构对沿空巷道围岩变形的影响规律、小煤柱沿空巷道产生大变形的机理与关键影响因素，并提出沿空巷道断面强化控制技术，确保巷道断面满足需要。 对于该类条件下的沿空巷道控制问题，国内外很多学者做了大量的研究工作。留窄煤柱沿空掘巷由于处于采空区边缘煤体是己卸载的松弛区，煤体深处是能够承载的塑性区和弹性区，所以沿空掘巷是在原先的松弛区掘进。在松弛区沿空掘巷又破坏了原来平衡状态，支承压力的垂直应力分布向煤体深部移动，一般向煤体深部移动的距离约为新掘巷道的宽度。由于应力的重新分布，巷道的顶帮会有明显的变形。留窄煤柱沿空掘巷应力分布依据煤、岩性质和窄煤柱宽度的不同，垂直应力的高峰值也不同，既有可能使新掘的巷道处于支承压力高峰之下，引起巷道剧烈变形维护困难，又有可能使得巷道处于应力降低区，巷道维护简单。所以留窄煤柱沿空掘巷，若煤柱尺寸选择不当，不仅在掘巷时围岩有明显变形，同时由于煤柱破坏后处于塑性蠕变状态，巷道掘进后，在较长的时间内围岩还有较大的持续变形因此合理选择窄煤柱的宽度是沿空掘巷的关键一环。 煤柱宽度对巷道稳定性的影响，主要有两个方面：一是影响巷道围岩应力；二是影响巷道围岩完整性。具体可分为：沿空掘巷围岩的应力状态、沿空掘巷的矿压显现规律和窄煤柱稳定性原理。 留窄煤柱沿空掘巷，巷道位置处于侧向残余支承压力峰值附近，掘巷扰动了侧向支承压力分布，因而，留窄煤柱沿空掘巷不仅在掘进期间围岩强烈变形，而且在掘后稳定期间仍保持较大的变形速度，引起煤柱向巷道方向强烈位移，巷道的另一侧煤体，掘巷之前为承受高压的弹性区，掘巷之后，随着松弛区、塑性区的重新形成和支承压力向煤体深部转移，与此同时伴随着顶板强烈下沉和底板膨起。 （2）留窄煤柱沿空掘巷，因窄煤柱破碎、煤柱支承作用极小，隐性增加了巷道跨度和悬顶距，巷道压力增大、维护困难；窄煤柱裂隙发育、甚至破碎，在实际运用中由于采空区的水和瓦斯会对巷道的正常掘进构成危险，而且也存在不同程度漏风现象，因此需要小煤柱保持一定的完整性。国内外研究现状 综放小煤柱留巷双巷布置系统的研究与应用,在国内外均未见有报导,属于一个新的研究课题。但国内外在薄及中厚煤层沿空留巷的大量研究和现场试验成果,以及原有的煤柱护巷法经验,可以作为本课题研究的重要参考和理论基础。 1 国外研究沿空掘巷发展 美国、澳大利亚等世界主要产煤国家,其采煤方法以短壁式开采为主,但长壁开采于60年代初亦引进到了美国,并在Western和Illinois煤田进行了多年应用,开采煤层厚度在1.1~4.0m,并取得了优于房柱式开采的成绩。美国的煤矿一般被私人收购,他们为了追求最大的采出率，十分注重煤柱尺寸的合理性“同时通过研究分析指出了煤柱的强度受煤柱尺寸、内部结构、围压以及动态载荷的控制”而且，锚杆和金属网相结合的支护方式也在很多地质复杂的矿得到了大量的运用和发展。 沿空掘巷技术在我国的发展大体可以分为以下几个阶段： (1) 萌芽阶段：20世纪50年代，我国已有个别矿井自发地应用沿空掘巷技术，学习前苏联的经验，曾主要采用双巷布置留煤柱护巷系统，但由于当时的巷道支护技术落后，留煤柱护巷困难，煤巷采用炮掘法施工，掘进速度慢,双巷布置时准备时间较长。 (2) 发展阶段：70年代，我国开始试验推广跨上山沿空掘巷(或沿空留巷)技术，跨上山沿空掘巷系统岩巷多、邻面接续难等缺点在综放开采中却逐渐突出出来。沿空掘巷技术有所发展,并开始矿压研究,取得了可喜的成果；" (3) 完善阶段：80年代初期，提出了沿空掘巷巷道围岩变形特征，实现无岩巷多煤巷布置的前提条件,是要有先进的煤巷支护技术并能实现煤巷机械化快速掘进,兴