深井孤岛工作面沿空掘巷支护技术研究.pdf

分类号； 旦墨丝 UDC 密级公珏 单位代码 丝丝 学位论文 深井孤岛工作面沿空掘巷支护技术研究 孔风阁 侧 翻峪称采芷王猩 职．称斟一夔攫． 山东科技大学 二零一五年六月 论文题目 深井孤岛工作面沿空掘巷支护技术研究 作者姓名煳 领域名称丞芷王猩 鳓师进 入学时间2 Q 至生窆且 研究方向芷出匡左皇蚩屋耋匡剑 职称副教授 论文提交日期2 Q 量生量且 论文答辩日期至Q 量生鱼且量目 授予学位日期2 Q 曼量生鱼且 S T U D Yo NS U P P o R TT E C H N o L o G Yo FG A T E Ⅵ f ▲YD R I V I N G A L O N GG o A FI NI S L A N DS E A MC o A LM I N I N GF A C E o F D E E PM I N E AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t so f t h ed e g r e eo f M A S T E Ro FP H I L L S o P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y K o n gF e n g g e S u p e r v i s o r P r o f e s s o rM aQ i h u a C o l l e g eo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g J u n2 0 1 5 本人呈交给 所公认的文献外 声明 山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世界 ，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈 交于其它任何学术机关作鉴定 硕士生签名 日期 A F F I R M A T I O N 铷阢硎 ，一一1 Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u 。r e m e n t s f o r t h ei w a 南0M a s t e ro IE n g i n e e r i n g i n ．S h a 代n f e d o 他n g c U e d n i v e ，r a s i c t y k N o 删fS l c e d i e n g c B er 11anhdeTechnology , i sw h o l l ym yO W nw o r ku n i e s s r e l e m n 吲1o i “⋯””“酽～⋯ d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o n a ta n yo t h e ra c a d 哪l c S 睡n a t u r e D a t e 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 深井孤岛工作面矿压显现明显，围岩开裂破碎严重，巷道位移量大，回采巷道支护 问题非常突出，为解决孤岛工作面在回采中的问题，本文结合协庄煤矿1 4 0 2 工作面工程 地质概况，对其沿空掘巷小煤柱合理尺寸的大小和回采巷道支护方案的选择作了研究。 通过理论分析、理论计算和计算机模拟等多种方法想结合，对深井孤岛工作面巷道破坏、 变形机理，支承压力分布规律和巷道支护技术展开研究。从理论上分析了1 4 0 2 工作面上 覆岩层结构和工作面矿山压力分布规律，利用孤岛工作面沿空掘巷煤柱的留设原则，然 后运用极限平衡理论，构建出工作面边缘煤体的极限平衡区宽度技术模型，推导得出理 论煤柱尺寸。运用数值模拟软件模拟巷道开挖后的围岩塑性区、应力分布特征、峰值应 力变化特征，进而分析得出煤柱尺寸的模拟解；最后结合现场数据优化得出合理的宽度。 运用理论计算方法，结合相邻矿区工作面类似工作面支护参数，利用工程类比法，确定 1 4 0 2 回风巷掘进初期的支护方式和支护参数。通过现场实践发现，采用掘进期间支护方 案的巷道在回采期间围岩变形严重，需要反复维修才能满足回采巷道使用要求，故参照 相邻矿井的类似孤岛工作面回采巷道地质情况和支护方式，提出4 种补强支护方案。采 用F L A C 3 D 和T e c p l o t 数值模拟软件进行模拟分析，得出最优方案为方案4 ，即回采期间 采用顶板补加两根锚杆和沿空侧补加两根注浆锚杆。现场工业性试验和现场监测结果表 明，煤柱尺寸的选取和补强支护方案的选择是正确的，支护效果达到预期目标。文章给 出了协庄煤矿1 4 0 2 工作面回风巷安全经济合理的支护参数，总结归纳现场支护取得的成 果，提出深井孤岛工作面沿空掘巷回采巷道的支护对策，对新汶矿区深井孤岛工作面巷 道支护技术提供了指导和借鉴意义。 关键词深井孤岛工作面；沿空掘巷煤柱宽度；补强支护；数值模拟 山东科技大学硕士学位论文A B S T R A C T A B S T R A C T I n t h i sp a p e r ，c o m b i n e dw i t ht h e1 4 0 2d e e pi s o l a t e dw o r k i n gf a c ei nX i e z h u a n gC o a l M i n e ，r o a d w a yd r i v i n ga l o n gg o a fs i z ec o a lp i l l a ro ft h ei s o l a t e di s l a n dw o r k i n gf a c ea n d r o a d w a ys u p p o r t i n gt e c h n o l o g yw e r es t u d i e d ．T h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o na n d c o m p u t e rs i m u l a t i o nt h a tm a n yk i n d so fm e t h o d sw e r ec o m b i n e d ，t h er o a d w a yd e s t r u c t i o n ， d e f o r m a t i o nm e c h a n i s ma n dr o a d w a ys u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fi s o l a t e dw o r k i n gf a c ew e r e r e s e a r c h e d ．T h et h e o r e t i c a la n a l y z e dt h er e g u l a ro fo v e r b u r d e nr o c kp r e s s u r ed i s t r i b u t i o ni n t h ei s o l a t e dw o r k i n gf a c e ，p i l l a rp r i n c i p l e sa l o n gt h ei s l a n dw o r k i n gf a c e ，u s i n gt h el i m i t e q u i l i b r i u mt h e o r y ，S Ot h a tt h ew i d t ho fl i m i te q u i l i b r i u mz o n em o d e lo fg o bs i d ec o a lp i l l a r s i z ew a sc o n s t r u c t e d ，t h et h e o r yc o a lp i l l a rs i z ew a sd e r i v e d ．U s i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o n s o f t w a r et os i m u l a t et h ep l a s t i cz o n eo f s u r r o u n d i n gr o c k ，t h es t r e s sd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ， p e a ks t r e s sv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr o a d w a ya f t e re x c a v a t i o n ，a n da n a l y s i si ti sc o n c l u d e d t h a tt h es i m u l a t i o ns o l u t i o no fc o a lp i l l a rd i m e n s i o n ；A tl a s tc o m b i n e dt h eo p t i m i z a t i o nt h e l m a ls i z eo fc o a lp i l l a rw a so b t a i n e d ．U s i n gt h ee n g i n e e r i n ga n a l o g ym e t h o da n d t h e o r y c a l c u l a t i o n ，p r i m a r ys u p p o r t i n ge x c a v a t i o nm e t h o d sa n ds u p p o r t i n gp a r a m e t e r so f1 4 0 2r e t u r n a i rl a n ew a sg a i n e d ．T h r o u g hf i e l dp r a c t i c e ，i tw a sf o u n dt h a tt h el a n e w a y u s i n gt h ee x c a v a t i n g s u p p o r ts c h e m eo f r o a d w a yd u r i n gt h em i n i n go f s u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o nw a ss e r i o u s ．I t n e e d e dr e p e a tm a i n t e n a n c et om e e tt h er e q u i r e m e n to fb a c ko nr o a d w a y ．S ot h er e f e r e n c et o s i m i l a rt ot h ei s l a n d so ft h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fe x t r a c t i o n r o a d w a ya d j a c e n tm i n e s ， s u p p o r t i n gm e t h o d , f o u rr e i n f o r c i n gs u p p o r t i n gs c h e m e sw e r ep r o p o s e d ．A d o p t e dF L A C 3 D a n dT e c p l o tn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r es i m u l a t i o na n a l y s i s ，i ti sc o n c l u d e d t h a tt h eo p t i m a l s o l u t i o n sf o rf o u r , n a m e l ys t o p i n gp e r i o du s e dt h em e t h o dt h a t a d d i n gt w or o o fb o l ta n d a d d i n gt w og r o u t i n gb o l ta l o n gt h ee m p t ys i d e ．T h ef i e l di n d u s t r i a lt e s ta n dm i n ep r e s s u r e o b s e r v a t i o nr e s u l t sh a v es h o w e dt h a tt h es e l e c t i o no fc o a lp i l l a rd i m e n s i o na n dt h er e i n f o r c i n g s u p p o r t i n gp l a nc h o i c ew e r ec o r r e c ta n dt h es u p p o r t i n ge f f e c tr e a c h e dt h ee x p e c t e da i m ． A r t i c l eg i v e e dt h eX i e z h u a n gc o a lm i n e14 0 2i s l a n d c o a l f a c eo fs a f e ，e c o n o m i ca n d r e a s o n a b l es u p p o r t i n gp a r a m e t e r so fr e t u r na i rl a n e ，p u tf o r w a r dc o u n t e r m e a s u r e sf o r d e e p w e l li s l a n d m i n i n gf a c er o a d w a ys u p p o r t ，a n dc o m eu pw i t ht h ed e e pi s o l a t e dr o a d w a y s u p p o r t i n gm e a s u r e s ．I tp r o v i d e e dag u i d a n c ea n dr e f e r e n c es i g n i f i c a n c es i m i l a rg e o l o g i c a l 山东科技大学硕士学位论文 A B S T R A C T c o n d i t i o n si nX i n w e nm i n i n ga r e at h er o a d w a yl a y o u ta n ds u p p o r tt e c h n o l o g y ． K e y w o r d s I s l a n ds e a mc o a lm i n i n gF a c eo fd e e pm i n e G a t e w a yd r i v i n ga l o n gg o a f ； w i d t ho fc o a lp i l l a r ；R e i n f o r c i n gs u p p o r t ；N u m e r i c a ls i m u l a t i o n 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 l 绪剃≥⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 问题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 论文研究的主要内容及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．4 论文研究的技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 孤岛工作面沿空掘巷稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 孤岛工作面回采巷道围岩的变形特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l 2 ．2 沿空巷道上覆岩层结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 沿空巷道围岩支承压力分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．4 孤岛工作面沿空掘巷顶板下沉因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 0 3 回采巷道护巷小煤柱宽度确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．11 4 0 2 孤岛工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．2 沿空掘巷小煤柱护巷机理及力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．3 小煤柱宽度理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 3 3 ．4 小煤柱宽度的数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 5 3 ．5 本章小结二⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 41 4 0 2 回风巷支护方案确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．1 初始支护参数理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 2 4 ．2 沿空掘巷支护技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．3 回采巷道支护方案数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 5 孤岛面沿空掘巷围岩控制技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 5 ．1 沿空巷道围岩控制原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 5 ．2 巷道支护技术的关键问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 山东科技大学硕士学位论文目录 5 ．31 4 0 2 回风巷基本支护形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 5 ．4 孤岛工作面巷道支护技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 5 。5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 61 4 0 2 回风巷支护监测分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 6 ．1 巷道支护监测方法及测站布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 6 ．2 巷道支护监测结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 6 6 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 9 7 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 攻读硕士学位期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 参考文j 蚨⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．6 4 1 l 些查型垫奎兰堡主兰竺笙茎 兰竺坚竺 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1S u b j e c ts t u d yp u r p o s ea n dm e a n i n g ⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．．⋯．．．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．1 1 ．2P r e s e n ts t a t u sb o t ho v e r s e a sa n dd o m e s t i c ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．⋯．．⋯．．．⋯．．2 1 ．3M a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s e a r c hr o u t e s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．⋯．8 1 ．4M a i nt e c h n i c a lc o u r s e s ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2I s l a n df a c er o a d w a ya l o n gg o a fs t a b i l i t ya n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’⋯⋯。‘。l l 2 ．1I s l a n d f a c er o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．2A n a l y s i so f o v e r l y i n gs t r a t as 仃Ⅵc t u r ea l o n gt h ee m p t yr o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3R o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ka b u t m e n tp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4I s l a n df a c ea l o n gg o a fr o a d w a yr o o fs i n k i n gf a c t o ra n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．5B r i e fs u m m a r y ⋯⋯⋯．⋯．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯．．．⋯．⋯．⋯．．．．．．⋯⋯．．⋯．⋯⋯ 3 R o a d w a ys u p p o r t i n gr o a d w a yw i t hn a r r o wc o a lp i l l a rw i d t hd e t e r m i n a t i o n ⋯⋯⋯2 1 3 ．11 4 0 2i s l a n df a c es i t u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯．．⋯．．2 1 3 ．2A l o n gg o a f w i t hs m a l lc o a lp i l l a r ss u p p o r t i n gr o a d w a ya n dw i d t hi sd e t e r m i n e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．3 T h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no f w i d t ho f s m a l lc o a lp i l l a r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．4N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs m a l lc o a lp i l l a rw i d t h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．5B r i e fs u m m a r y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．；1 4R e t u r nr o a d w a ys u p p o r tp r o g r a mt od e t e r m i n e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．j ．．．二i ．．．．．．．．i ．．i ．3 2 4 ．1I n i t i a l s u p p o r tt h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o np a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．2 S u p p o r t i n gt e c h n o l o g yg o b ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．⋯．．．．．．．⋯⋯．⋯．⋯．．．⋯⋯．3 6 4 ．3N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fr o a d w a ys u p p o r tp r o g r a ma n a l y s i s ⋯⋯．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．4B r i e fs u m m a r y ．⋯．．⋯⋯．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯⋯．．．．．．．．．．⋯．4 8 5 S u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o lt e c h n o l o g yo f t u n n e lf a c ea l o n gg o a f ⋯⋯⋯⋯⋯’。‘4 9 5 ．1 S u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o lp r i n c i p l eo ft h eE m p t yR o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 5 ．2K e yi s s u e so fr o a d w a ys u p p o r tt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯．．5 0 5 ．3T h e1 4 0 2w i n dr e t u r nr o a d w a yb a s i cs u p p o r tf o r m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．4T u n n e ls u p p o r t i n gt e c h n o l o g yi ni s o l a t e di s l a n dw o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 1 山东科技大学硕士学位论文 C o n m n m 5 ．5B r i e fs u m m a r y ．．⋯．⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． ；； 61 4 0 2w i n dr e t u r nr o a d w a yi n d u s t r i a lt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 6 ．1 M o n i t o r i n gm e t h o da n ds t a t i o nl a y o u t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 6 ．2M o n i t o r i n gr e s u l t sa n da n a l y s i so f r o a d w a ys u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 ．3B r i e fs u m m a r y ．．．．．．⋯．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．⋯．．5 9 7M a i nc o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“⋯⋯”⋯⋯”⋯⋯⋯⋯6 0 A c k N o w l e d g e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 M a j o ra c h i e v e m e n t sd u r i n gt h em a s t e r ’sd e g r e e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 R e f e r e n c e⋯⋯川⋯⋯Ⅲ⋯0 6 1 t ．．．川⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯川Ⅲ川6 4 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 ．1 问题的提出 孤岛工作面是煤矿开采过程中形成的，大多数是因为生产较为紧张，工作面上下区 段接替困难，担心相邻工作面产生采动影响，工作面直接往往使用间隔方式，这样每个 采区中就会出现一个相邻区段都是采空区的回采工作面，这样的我们就成为孤岛面⋯。 这样的特殊情况在开采过程中会遇到很多困难，主要表现在应力集中系数偏大，围岩变 形破坏非常严重【2 J ，项板下沉量大，片帮严重，底鼓量大，围岩总体稳定性差，普通支 护方式难以控制。同时，由于孤岛面四周大部分区域为采空区，相邻采空区积水和瓦斯 极易涌入孤岛回采面【3 J ，孤岛工作面两侧煤壁长时间处于高支承压力下，煤壁破碎加剧， 煤体内部裂隙较为发育，以上提到的这些影响因素都加大了工作面开采难度。另外，孤 岛工作面周围压力大，加上回采扰动影响，在工作面和回采巷道都容易发生冲击地压危 险，无疑给安全工作带来隐患，因此，我们要掌握孤岛工作面上覆构造特征，以及支承 压力分布规律1 4 】，了解在孤岛工作面条件下的周围围岩变形破坏特征，找出重点支护区 域【5 J ；在此基础上，对重点区域加强支护，选出合适的支护方式和支护参数，这样才能 保证回采工作面安全快速推进。 自l9 7 0 年以来，全球采矿技术得到大大提升，采煤方法取得快速发展，这也包括孤 岛工作面的开采技术，大多数国家都有开采孤岛工作面的相关经验，开采孤岛工作面， 大多数国家采用沿空留巷和沿空掘巷方式布置回采巷道。大量的工程例子验证，采用这 些方法是非常有效的。在长期的煤炭开采中，我国也积累了大量经验，经过多年发展， 我国应用较多的是留煤柱沿空掘巷，即在孤岛工作面和倾向方向相邻采空区之间布置煤 柱来维护巷道稳定【6 ] 。刚开始我国在矿井开采中布置的煤柱尺寸较大，有些矿井布置达 2 0 ～3 0 米[ 7 ] ，从实施效果来看，能够较好的保持回采巷道稳定，围岩较易控制‘8 1 。但是留 设较宽煤柱有一定的缺点，比如煤柱宽度越大，煤炭损失率越高，采区采取率较低，不 利于提高回采率。有些矿区留设煤柱宽度很小，一般留设3 ～l O m ，这样提高了采区回采 率，较少了煤炭损失，但是也有缺点，煤柱宽度小，巷道极易出现不稳定状态，围岩变 形加剧，尤其是在回采期间，小煤柱易出现破碎、漏风现象，采空区内积水、有害气体 1 山东科技大学硕士学位论文绪论 易渗透到回采巷道，威胁工作人员安全。由此看来煤柱宽度留设并不是越大越好，也不 是越小越好，全国矿区分布范围比较广泛，各个地区之间的地质条件等差异较大，因此 煤柱留设问题不是很一致。但是随着先进设备的引进和支护技术的提升，我国沿空掘巷 巷道布置中越来越倾向于小煤柱留设。我国学者对沿空掘巷开采方法中的矿压也做了大 量研究工作，得到了许多宝贵结论。孤岛工作面走向超前支承压力和侧向支承压力均比 一般工作面大的岁2 1 ，在高支承压力下巷道围岩变得不稳定，难以支护，因此必须要采 用新的支护材料和支护方式。之前我国煤矿生产中大多采用被动支护方式，比如架棚支 护、木支柱、U 型棚、可缩支架和混凝土石板等【9 ] ，支护工作费时费力，而且效果不佳， 当巷道变形较大时，巷道维修工作异常艰难。在此基础上锚杆、锚索技术得到广泛使用， 并大受欢迎，这属于主动支护，使用锚杆、锚索，能快速的控制住围岩变形，减小围岩 位移运动，因为锚杆、锚索能够和围岩形成锚固体，在小范围内形成一个“小结构”，围 岩一支护成为一个整体，这样围岩强度大大提高【10 1 。孤岛工作面回采期间移近量大，一 般为普通工作面巷道的2 ～5 倍，所以必须采用主动支护方式控制变形[ 1 1 - 1 8 】。 孤岛工作面巷道在回采过程中巷道支护问题突出，严重影响煤矿生产工作，为能安 全高效回采煤炭资源，同时探究孤岛面的支护技术，本文结合协庄煤矿1 4 0 2 深井孤岛工 作面现场条件，运用多种方法，最终提出孤岛工作面回采巷道支护技术，对类似矿区的 困难支护问题，起到一定借鉴作用。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 沿空掘巷留小煤柱研究现状 1 国外研究现状 2 0 世纪早期，美国学者M o o r e 和D a n i e i s 对煤岩块受力进行了研究，经过大量实验 室试验得到了重要的结论，．即是B u n t i n g 提出的效应结论。2 0 世纪中期，G a d d y 等人也 得出了试块越大，试块强度越小的规律和结论。再到2 0 世纪中后期，S a l a m o n 研究出煤 柱强度经验公式；后来学者C a b r a l 提出了煤柱强度内核区不等理论，虽然这个理论实用 性较低，但是在煤柱研究方面具有很大意义接着，W i l s o n 依据C a b r a l 的理论提出两区 约束理论、五点假设和无核区与有核区煤柱强度的计算公式，为之后的理论和实践奠定 坐查型垫奎兰堡主兰竺堡苎 堡丝 了重要的基础【1 9 - 2 H 。 1 、B u r n i n g 公式 1 9 1 1 年 ㈨[ o ．7 ∞ 嚣 ] ∽， 式中S 广煤柱的强度，Ⅷa ； S l 一煤岩强度参数，] V I P a ； a _ 煤柱的宽度，m ； M 媒柱的高度，m 。 2 、H o l l a n d - G a d d y 公式 19 6 4 年 昂 延M 4 a 1 ．2 式中仃，一边长为1 i n 立方试块的强度； I - 试块的尺寸，i n 。 3 、S a l a m o n ．M o n r o 公式 1 9 6 7 年 S p 7 ．2 睁] ∽3 ， 2 国内研究现状 2 0 世纪7 0 年代之前，我国矿井开采深度较浅，锚杆支护技术还不成熟，巷道支护 技术还比较落后，安全事故多发，与西方国家相比还有一定差距，巷道难支护为我国煤 矿安全生产的首要难题。我国使用较多的是沿空掘巷，留设煤柱的方法，在两个相邻工 作面直接留设一定宽度的煤柱维护巷道【2 2 ，2 3 1 。但是这种方法有几个明显缺点1 ．在厚煤 层分层开采中容易产生应力集中，对下分层的回采工作有很大影响。2 ．两条巷道之间留 设区段煤柱存在煤柱自燃风险，给回采工作面人员带人身来安全威胁。3 ，当时的井巷施 工水平不高，机械设备不先进，所以两巷留煤柱比较费工费时，煤柱维护较困难，巷道 支护效果不好。 2 0 世纪7 0 年代之后，我国0 1 进和学习先进生产设备和采煤技术，使我国煤矿生产 水平得到很大提高，沿空留巷和沿空掘巷技术在国内得到了广泛应用1 2 4 2 5 1 。对于沿空掘 巷技术，到目前为止，国内外关于煤柱留设的研究和看法还是较难统一，还应该留设宽 些奎型茎奎兰堡主兰垡丝茎 丝笙 度5 m 以下的煤柱；对于留设煤柱尺寸标准目前还没有较系统和明确的划分。而且在理 论认识上还有很大不同，有些则认为煤柱留设的尺寸越小，在掘进和回采期间巷道将会 越不稳定，尤其是在回采中，受扰动影响较大，煤柱难以维持自身稳定。一些学者依据 前面提到的形