云驾岭矿沿空留巷围岩稳定性分析.pdf

分类号I 旦兰2 U D C 工程硕士学位论文 密 级公珏 单位代码 Q Q Z 鱼 云驾岭矿沿空留巷围岩稳定性分析 作者姓名 指导教师 企业导师 申请学位级别 学科专业 所在单位 授予学位单位 靳志新 高永格教授 任广信高工 工程硕士 矿业工程 矿业与测绘工程学院 河北工程大学 万方数据 AD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e dt o H e b e iU n i v e r s i t yo f E n g i n e e r i n g F o rt h eD e g r e eo fM a s t e ro f E n g i n e e r i n g A n a l y s i so nS u r r o u n d i n gR o c kS t a b i l i t yo f t h eG o b - - s i d eE n t r yR e t a i n i n go f Y u n J i a l i n gM i n e C a n d i d a t e S u p e r v i s o r P l u r a l i s t i cS u p e r v i s o r A c a d e m i cD e g r e e A p p l i e df o r S p e c i a l t y C o l l e g e ／D e p a r t m e n t J i nZ h i x i n P r o f ．G a oy o n g g e P r o f ．R e nG u a n g x i n M a s t e ro f E n g i n e e r i n g M i n i n gE n g i n e e r i n g S c h o o Io fM i n i n ga n dG e o m a t i c s H e b e i U n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n g D e c e m b e r , 2 0 16 万方数据 独创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑曼垦墨猩太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 学位论文作者躲南芯季1 签字日期Ⅵ衫年f ∥月“日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解亟蔓垦王壁太鲎有关保留、使用学位论文的 规定。特授权塑苎垦墨猩盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文 导师签名 签字日期7 “年fy 月彤日 签字日期v ／易年l 嗍以．日 万方数据 摘要 摘要 随着煤炭资源深部开采及科技进步，沿空留巷巷旁高水充填技术作为一种新 型的无煤柱护巷技术正逐渐被推广应用，这一技术的实施不仅能够提高煤炭采出 率，而且能够改善采场工作环境，是煤矿安全高效开采的一项重大技术突破。但 作为一种新型技术，沿空留巷巷道需要经历两次采动及留巷期间顶板回转下沉影 响，致使巷道维护较为困难，尤其是针对不同的矿井，需要结合矿井地质及生产 条件作出不同的留巷方案。 本论文主要以云驾岭矿1 2 3 0 5 工作面沿空留巷矿压演化规律研究为背景，采 用理论分析、数值模拟及现场实测等手段在对沿空留巷巷道矿压显现规律及围岩 稳定性进行系统研究的基础上，主要针对云驾岭矿1 2 3 0 5 运巷地质及生产技术条 件，对留巷前后巷道矿压显现进行对比分析；对留巷前后巷道顶板裂隙发育及完 整性进行观测分析，对在留巷期间巷旁充填体不同切顶高度条件下充填体及巷道 围岩稳定性进行分析研究。主要得出如下结论 1 随着沿空留巷留巷期间沿巷旁充填体切顶高度的增加，巷道下帮侧向 支撑压力峰值减小，并有部分峰值向远离巷道的煤帮项板内转移，这有利于巷道 维护及提高留巷成功率。 2 采用矿用钻孔成像装置观测并采集了留巷前后巷道顶板不同位置顶板 岩层裂隙发育信息，并通过钻孔电视视频图像分析系统对采集信息进行处理分析， 得出一次采动、留巷期间上覆岩层运移及二次采动对巷道项板裂隙发育及完整性 影响。 3 对云驾岭矿留巷前后巷道围岩矿山压力显现及留巷期间巷旁充填体受 力进行系统观测，选取具有代表性测站数据进行分析，初步判断一次采动超前影 响范围及留巷期间围岩变形规律并对留巷期间充填体支护阻力与顶板应力在充 填体内传递规律进行分析研究。 关键词沿空留巷；矿压显现规律；围岩稳定性；巷旁充填体 万方数据 A b s t r a c t A b s t r a c t W i 也t h ee x p l o i t a t i o no fc o a lr e s o u r c e sa n dt h ep r o g r e s so fs c i e n c e ，T h e t e c h n o l o g yo fh i g hw a t e rm a t e r i a lf i l l i n ga l o n gt h es i d eo ft h ee m p t yL a n e ，a sak i n do f n o nc o a lp i l l a rs u p p o r tt e c h n o l o g y , i sg r a d u a l l yb e i n ga p p l i e d ．T h ei m p l e m e n t a t i o no f t h i st e c h n o l o g yt h a ti sam a j o rt e c h n o l o g i c a lb r e a k t h r o u g hI n f l u e n c i n gm i n i n go ft h e c o a lm i n es a f e t yc a l ln o to n l yi m p r o v et h er e c o v e r yr a t eo fc o a l ，b u ta l s oi m p r o v et h e w o r k i n ge n v i r o n m e n t ．B u tt h eg o br o a d w a y a san e wt e c h n o l o g yn e e d st oe x p e r i e n c e t h et w om i n i n ga n dr o o fs u b s i d e n c ed u r i n gr e t a i n i n gr o t a r yi m p a c tr e s u l t i n gi n r o a d w a ym a i n t e n a n c ed i f f i c u l t l ye s p e c i a l l yf o rt h ed i f f e r e n tm i n en e e d i n gt oc o m b i n e t h em i n eg e o l o g ya n dp r o d u c t i o nc o n d i t i o n st om a k ed i f f e r e n te n t r yL a n es c h e m e ． I nt h i sp a p e r ，t h er e s e a r c ho nt h ee v o l u t i o nl a wo ft h er o c kp r e s s u r ei nt h e12 3 0 5 w o r k i n gf a c eo ft h eY u n j i a l i n gC o a lM i n ea p p l y i n gt h et e c h n o l o g yo fg o b - s i d ee n t r y r e t a i n i n g i ss t u d i e d ．T h e o r e t i c a l A n a l y s i s ，N u m e r i c a l S i m u l a t i o na n dF i e l d M e a s u r e m e n ta r eu s e di nt h er e s e a r c ht oC o m p a r ea n da n a l y s et h em i n ep r e s s u r e a p p e a r a n c eb e f o r ea n da f t e rt h el e f tl a n e ；t oo b s e r v ea n da n a l y s e t h ed e v e l o p m e n ta n d i n t e g r i t yo ft h er o a d w a yr o o fc r a c kb e f o r ea n da f t e rt h el e f tl a n e ；t oa n a l y s et h e s t a b i l i t yo fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ku n d e rt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n tc u t t i n gt o p h e i g h to ft h es i d ef i l l i n gb o d yi nt h el a n em a i n l ya i m e da tt h eg e o l o g i c a la n d t e c h n i c a l c o n d i t i o n so ft h e12 3 0 5t r a n s p o r tl a n eo ft h eY u n j i a l i n gC o a lM i n ea n do nt h eb a s i so f s y s t e m a t i cs t u d yo nt h e l a wo f r o c kp r e s s u r ea p p e a r a n c ea n dt h es t a b i l i t yo f s u r r o u n d i n gr o c k ．T h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s A l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo ft h eh e i g h to f t h ef i l l i n gb o d yc u tb yt h es i d eo ft h el e f t l a n ea l o n gt h ee m p t yL a n ew i t ht h er o a d w a yl e f tb e h i n d ．，t h el a t e r a ls u p p o r tp r e s s u r e p e a ku n d e rt h er o a d w a y i sd e c r e a s e da n d t h ep a r t i a lp e a ki st r a n s f e r r e dt ot h ec o a lr o o f w h i c hi sf a ra w a yf r o mt h er o a d w a y , w h i c hi sf a v o r a b l ef o rt h em a i n t e n a n c eo ft h e r o a d w a ya n d t h eS u c c e s sr a t eo fr e t a i n i n gl a n e ． T h ed e v e l o p m e n ti n f o r m a t i o no ft h er o o fr o c ks t r a t ai nd i f f e r e n tp o s i t i o no ft h e r o o f o ft h er o a d w a yw a so b s e r v e da n dc o l l e c t e db yu s i n gt h eb o r e h o l ei m a g i n gd e v i c e a n dt h ec o l l e c t e di n f o r m a t i o ni sp r o c e s s e da n da n a l y z e db yt h eb o r e h o l et e l e v i s i o n v i d e oi m a g ea n a l y s i ss y s t e m ．F i n a l l y , i ti sc o n c l u d e dt h a tt h ei n f l u e n c eo ft h es t r a t a m o v e m e n ta n dt h et w om i n i n go nt h er o o ff i s s u r ed e v e l o p m e n ta n di n t e g r i t yo ft h e 万方数据 A b s t r a c t r o a d w a yd u r i n gt h ef i r s tm i n i n ga n dt h er e m a i n i n gl a n e ． 3 T h es t r e s so fs u r r o u n d i n gr o c ko fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ka n dt h es t r e s so f t h es i d ef i l l i n gb o d yd u r i n gt h er e m a i n i n gl a n ew e r eo b s e r v e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h e Y u n j i a l i n gC o a lM i n e ．T h es e l e c t i o no fr e p r e s e n t a t i v es t a t i o nd a t ai sa n a l y z e d ．A n d f r o mt h a tP r e l i m i n a r i l yj u d g e dt h ei n f l u e n c er a n g eo ft h ef i r s tm i n i n gl e a d i n g ，f o u n d t h ed e f o r m a t i o nl a wo fs u r r o u n d i n gr o c ki nt h et u n n e la n dt h e na n a l y s e do ft h e t r a n s f e rl a wo ft h es u p p o r tr e s i s t a n c ea n dt h er o o fs t r e s so ft h ef i l l i n gb o d yi nt h e f i l l i n gi nt h el a n e ． K e y w o r d s g o b - s i d ee n t r yr e t a i n i n g ；m i n ep r e s s u r ea p p e a r a n c el a w ；s t a b i l i t y o f s u r r o u n d i n gr o c k ；b a c k f i l l i n gw a l l 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ．．．⋯⋯．．⋯．⋯．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．．．．．．．．I 第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 沿空留巷研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 ．2 ．1 留巷期间上覆岩层运移规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 沿空留巷巷内巷旁支护及围岩控制研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 研究内容及方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 第2 章沿空留巷巷道围岩活动规律分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 沿空留巷上覆岩层的垮落形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 沿空留巷顶板岩层运移规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．3 沿空留巷巷道围岩应力分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．1 沿空留巷采动影响下超前支撑压力研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．2 沿空留巷留巷后煤帮应力分布研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 影响沿空留巷围岩稳定性的控制技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 第3 章切顶对留巷期间巷道围岩影响模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 云驾岭矿沿空留巷技术概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 ．1 云驾岭矿1 2 3 0 5 工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 ．2 留巷工作面生产技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯i 7 3 ．1 ．3 支护设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．2 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．3 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．3 ．1 切顶不同高度垂直应力云图对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．3 ．2 切顶不同高度不同层位垂直应力对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 。4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 第4 章沿空留巷顶板岩层裂隙演化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 矿用钻孔窥视仪简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 ．1Z X Z 2 0 矿用钻孔成像装置简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 ．2 钻孔电视视频图像分析系统简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．2 观测目的及测站布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 4 ．3 观测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．3 ．11 钻孔窥视结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．3 ．22 群钻孔窥视结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 4 ．3 ．33 钻孔窥视结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．3 ．44 钻孔窥视结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．3 ．55 钻孔窥视结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．3 ．66 钻孔窥视结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 万方数据 目录 4 ．3 ．74 钻孔与6 钻孔钻孔窥视结果对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 4 ．3 ．84 钻孔与3 撵钻孔钻孔窥视结果对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3 ．91 钻孔与3 样钻子L 钻孔窥视结果对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 第5 章云驾岭矿沿空留巷矿压实测分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 测点布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 l 5 ．2 观测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．2 ．1 巷道围岩矿压显现观测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．2 ．2 留巷期间充填体受力观测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 第6 章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 到【谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 作者简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 发表论文和参加科研情况说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 2 万方数据 第1 章绪论 1 ．1 研究背景及意义 第1 章绪论 我国是一个煤炭资源丰富，其他一次性能源较为贫乏的国家，在已经探明的 一次性能源储量中，煤炭资源占9 4 ％左右n 1 其他化石能源仅占6 ％左右，无论从煤 炭产量还是能源消费结构方面，在世界范围内都占据极高比例乜3 。虽然随着我国 资源调整与改革发展，煤炭资源在整个能源消耗中所占比例会有所下降，但煤炭 在我国一次性能源结构消耗中仍占绝对位置。有关专家预测，2 0 5 0 年煤炭在能 源总量中的比重仍要达到5 0 ％左右∞。。 我国煤炭资源以井工开采为主，一般巷道留巷方式多为留煤柱护巷。随着近 些年煤炭资源深部开采，地应力升高，煤层瓦斯含量升高。为使采掘巷道围岩稳 定，护巷煤柱所留宽度势必增大，不仅造成煤炭资源浪费，且巷道维护效果也相 对较差。随着近些年开采支护技术的完善与日趋成熟，尤其是锚杆锚索支护技术 在煤矿开采支护中的普及应用，沿空留巷巷旁充填技术不仅被逐渐认可，且得到 在矿井生产中得到应用。沿空留巷的实施，不仅提高了煤炭采出率，而且实现了 Y 型通风。不仅改善了采场通风及工人工作环境，而且解决了采空区遗留煤柱自 燃、工作面端头巷道瓦斯积聚甚至超限现象。为实现深部煤层瓦斯抽采提供了较 良好的环境支持。因此，沿空留巷能在煤炭开采中产生巨大的社会经济效益与安 全高效开采效益，是煤矿安全开采技术的一项重大突破H 咱1 。 虽然沿空留巷巷旁充填技术相对其他留巷技术具有较大优势。但是沿空留巷 所留巷道需要经历2 次采动影响，且留巷时间较长。巷道经历多次采动围岩高应 力及上覆关键块回转作用影响，致使巷道围岩破碎区及塑性区范围相对较大，巷 道维护较为困难。为此，国内外许多学者在沿空留巷上覆岩层活动规律、沿空留 巷围岩控制及充填材料使用与支护阻力分析等方面做了大量的理论研究与相关 试验并取得了大量的研究成果畸‘8 3 。在这些研究成果的支持下，沿空留巷围岩控 制得到有效改善，但在实际应用中仍存在许多问题。因此仍有必要结合工程实例 对沿空留巷巷旁充填技术存在问题进行分析及研究。 本文以云驾岭煤矿1 2 3 0 5 工作面沿空留巷巷旁充填为工程背景，主要针对充 填体不同强度、不同侧向约束以及不同切顶高度条件下，分析1 次采动影响阶段 沿空留巷围岩变形、巷旁充填体支护性能以及上覆岩层结构运移规律，结合工程 实例通过建立沿空留巷上覆基本顶2 次断裂力学模型，揭示采动影响下留巷围岩 稳定性机理。并通过现场观测与数值模拟等手段分析沿空留巷1 次采动影响阶段 围岩应力、位移、塑性区等运移演化过程及破坏特征。通过以上研究，为云驾岭 万方数据 河北工程大学硕士学位论文 矿沿空留巷巷旁充填体提供技术保障，并为该矿后续留巷支护参数设计、巷旁充 填体参数优化以及沿空留巷围岩控制等提供理论支持和经验参考。 1 ．2 沿空留巷研究现状 本文主要针对本课题研究内容，从沿空留巷留巷期间上覆岩层运移规律、沿 空留巷巷内巷旁支护及围岩控制等方面进行概述。 1 ．2 ．1 留巷期间上覆岩层运移规律研究 为探究沿空留巷留巷期间巷道上覆岩层运移规律，许多学者做了大量的研究， 并取得了许多成果。其中宁建国、马鹏飞等凹1 在建立了关于坚硬顶板的沿空留 巷巷旁充填体结构力学模型的基础上，对坚硬顶板条件下沿空留巷巷旁充填支护 进行分析，并采用计算机数值模拟软件对沿空留巷上覆顶板不同运移阶段巷旁充 填体内应力演化及巷道围岩变形规律进行模拟，得出在顶板岩层运动早期支护体 应具有较大的可缩量，在顶板岩层运动后期支护体应具有较高的支护阻力，以抵 抗坚硬顶板部分重量并进行断项。石建军、马念杰等n ∞结合工程实例，运用沿空 留巷相关理论原理结合现场实际观测，并建立了有关沿空留巷岩层运移基本特征 的结构力学模型，分析得出在沿空留巷过程中，老顶的断裂位置因巷旁充填体 支护性能的不同而发生改变；及时进行巷旁充填，在巷旁充填位置切断直接顶及 直接项上部老顶岩层可以降低上覆岩层运移对所留巷道稳定性的影响。唐建新、 邓月华等n u 在工程实践的基础上，对沿空留巷巷道上覆顶板的3 种变形形式进行 分析；对沿空留巷期间直接顶离层、变形破坏进行分析，并针对它们之间存在关 系得出许多有益结论。陈勇n 2 3 为分析沿空留巷基本顶断裂规律，在对综采工作面 采空区上覆老项断裂运移规律进行分析的基础上，对沿空留巷巷旁高水材料充填 体支护特性进行分析，得出沿空留巷巷旁充填巷道上覆基本顶首次破断位置首 先出现在巷道实体煤帮上部对应位置处，第二次破断位置出现在巷旁充填体上部 对应位置，并对这两次破断的力学特性及运移规律进行详细分析。韩昌良、张农 等n 3 3 在考虑沿空留巷上覆岩层为复合顶板时，顶板整体表现为硬度较低、易变形， 且容易造成巷内直接顶切落及巷旁充填区域内顶板大面积冒落等特征的基础上， 通过建立杨孔留巷巷旁支撑体系力学模型得出了关于沿空留巷巷道顶板与充填 墙体及底板之间的系统刚度计算公式，并阐明了复合顶板吸收变形的特征。李迎 富、华心祝n 4 q 朝以二次沿空留巷巷道上覆岩层运移演化规相关理论为基础，建立 了沿空留巷期间工作面端头附近关键块力学结构模型，并对二次沿空留巷留巷期 间巷道上覆老顶破断形成关键块与巷道围岩及巷旁充填体相互作用关系进行较 万方数据 第1 章绪论 详细分析，并在此基础上引入关于关键块的稳定性系数K l ，K 2 ，确定了关键块 的稳定判据，并推导出关于巷旁充填体支护阻力的计算公式。苏海n 雠不仅提出了 沿空留巷巷旁充填体在留巷期间首先在充填体沿采空区一侧切断直接顶，进而在 老顶上覆岩层提供载荷的作用下将基本顶在充填体靠近采空区一侧切断的观点 还通过建立关于综合放顶煤沿空留巷留巷期间充填体与上覆岩层相互作用的叠 加层板力学结构模型，求导出了在巷旁充填体分别切断顶煤、直接顶及直接顶上 覆老顶的不同阶段时关于其支护阻力的计算公式。李胜、李军文等n 7 3 针对综放沿 空留巷项板下沉控制困难问题，结合损伤力学和能量守恒理论，推导出了顶板下 沉量的理论公式，提出了综放沿空留巷顶板下沉控制对策。郭建伟、赵家巍n 叩 指出沿空留巷下位顶板可在煤帮附近或巷旁支护体外侧处破断，其破断位置对整 个沿空留巷顶板的活动规律起到导向作用。薛俊华、韩昌良n 朝以工程实例为背景， 结合理论分析及计算机数值模拟等手段，探讨分析了不同开采高度条件下沿空留 巷上覆顶板应力演化特征。张国锋、何满潮等盟明在工程实践的基础上提出了沿空 切顶成巷无煤柱开采技术在深井开采中的应用，并提出为实现沿空留巷巷道围岩 稳定需对巷道顶板超前实现顶板预裂进而切断所留巷道项板与上覆岩层之间的 联系。孙晓明、刘鑫等心”在对在薄煤层中进行沿空留巷时，工作面回采过程中 上覆岩层受力进行分析研究的基础上，提出了影响留巷成功与否的关键性因素为 顶板预裂切顶的高度、角度及预裂切顶时爆破钻孔之间的间距。高魁、刘泽功 等瞳别结合沿空留巷相关理论，以计算机数值模拟软件为手段较详细分析阐述了深 孔爆破强制切顶在沿空留巷技术应用中的的卸压原理。林继凯、成云海等瞳孔通过 实验室试验研究了关于刚、柔性约束矸石体在沿空留巷留巷期间的作用关系，主 要针对在矸石不同粒径和不同横向支护力作用下，对巷旁充填体承载效果进行分 析研究，同时又结合相关理论建立了关于留巷期间巷旁侧向上覆岩层的结构力学 模型，最终得出了许多有益的结论，并提出了关于巷旁充填体承载的动静载荷计 算方法。 1 ．2 ．2 沿空留巷巷内巷旁支护及围岩控制研究 陈勇、柏建彪等晗4 1 在相关理论研究的基础上构建了沿空留巷留巷期间巷道上 覆岩层的结构力学模型，对巷旁充填体在留巷期间不同阶段受上覆岩层压力时， 其支护特性和变形规律进行较详细阐述，总结出了巷旁充填体在沿空留巷留巷期 间于上覆顶板之间的联系，并在此基础上运用计算机数值模拟软件分析了巷旁充 填体充填宽度对沿空留巷留巷稳定性的影响，通过对比分析确定了与工程相适应 的巷旁充填体宽度。华心祝、马俊枫等瞳5 。2 郇为分析巷帮实体煤与巷旁锚索在沿空 留巷中所起的作用，建立包括两者在内的沿空留巷力学模型，并在此基础上分析 万方数据 河北工程大学硕士学位论文 了巷内锚杆锚索基本支护与巷旁锚索加强支护在沿空留巷过程中所起的相互作 用关系。杨绿刚乜7 3 提出采用抗弯性能较强的圆钢管混凝土支架和充填体侧钢梁压 经纬网组合支架进行充填体侧巷旁支护，进而研究形成充填体改性、钢管混凝土 组合支架、高预应力高强锚杆和桁架锚索的协同控制技术及参数优化方法。马立 强、张东升等眩8 吨卯提出了沿空留巷巷道围岩的稳定性与巷旁充填体的承载性能和 巷内基本支护方法密切相关，并提出了采用锚杆锚索结合配套支护系统的巷内基 本支护、巷旁及时充填工艺结合临时加强支护技术形成整体巷旁充填体一巷道围 岩共同承载体系，能有效提高留巷成功率，充分发挥岩体自承能力，有效平衡并 减小充填体承载。李舒霞、姜福兴等口町基于分段分级承载原理提出复合墙体巷旁 支护技术解决了深部工作面沿空巷道因超前支承压力过大引起导致巷道变形量 大以及易发生冲击地压的问题。张农、韩昌良等口”基于巷旁支护系统刚度匹配 原则，提出了整体强化的沿空留巷结构控制原理。朱川曲、张道兵等口部运用工程 力学相关理论，建立沿空留巷支护体稳定性分析力学模型，并通过理论推导得出 关于支护体可靠性的推导公式。华心祝、赵少华等呤朝提出沿空留巷技术的应用应 从掘进阶段的巷道基本支护设计到采动影响期间及留巷期间的补强加强支护统 筹考虑，系统分析。布铁勇、冯光明等口4 1 以工程实践为背景，对大采高综合机械 化开采工作面运巷采用沿空留巷技术时，留巷支护困难的现状进行研究分析，最 终将巷旁充填体由新型高水速凝材料Z K D 进行袋式充填体，取得了较好的效果， 同时又研制了对充填体直接顶起临时加强支护的Z X 2 8 8 0 0 ／2 0 ／3 2 型液压支架。 周建峰、崔巍口印通过理论分析与现场实践提出了沿采空区侧强制切顶技术和坚硬 顶板沿空留巷支护机理，在顶板运动的前期和后期对充填体的可压缩性和强度要 求不同。唐建新、邓月华等∞印结合工程实践，运用沿空留巷相关理论分析了巷道 上覆岩层变形的3 种形式，并分析了上覆直接项离层与破坏变形之间的关系，同 时又锚索网在沿空留巷技术中应用的支护机理，为沿空留巷留巷围岩控制提供了 很好的理论参考。GG r a s s e l l i 、MM o o s a v i 和RG r a y e l i 等多位学者通过实验 室试验和数值模拟研究，在节理岩体等破碎巷道支护方面取得了一些有益结论 瞄卜3 钊。张农、陈红等H 伽采用以锚、网、索结合单体的帮顶留巷全过程支护，膏体 材料泵送充填构筑墙体，实现了千米采深环境下留巷。谢生荣、张广超等H 妇针对 深部大采高充填开采沿空留巷支护系统损毁等矿压现象，提出了高水材料充填体 性能优化、锚杆索强力联合支护和钢管混凝土组合支架的综合控制技术，并阐明 了其作用机制。郭庆勇、高明涛等H 四通过计算机数值模拟，模拟研究了在弹性支 撑条件下沿空留巷基本顶破断关键块的受力状态，得出了充填体弹性模量、充填 体宽度与直接顶下沉量之间的联系。阚甲广、袁亮等H 3 。，结合工程实例，采用 平面应变物理模拟实验研究了充填区域项板加固与否对留巷围岩应力分布规律 4 万方数据 第1 章绪论 的影响。周保精、徐金海等H 4 1 论述了巷旁充填体宽高比小于常规系数条件下矸石 混凝土巷旁充填对巷道稳定性影响，并结合工程实例运用数值模拟软件验证了充 填体高宽比为0 ．2 3 时留巷的稳定性，验证了小宽高比沿空留巷巷旁充填体在工 程实践中应用的可行性。姜鹏飞、张剑等H 印采用F L A C 3 D 数值模拟软件，结合工 程实例分析了不同工作面回采阶段沿空留巷围岩、充填墙体及煤柱中的应力、变 形分布特征，提出了沿空留巷合理的支护对策。赵一鸣、张农等H q 针对深部沿空 留巷厚硬项板大面积悬露及采空侧顶板长悬臂劣化围岩应力环境的难题，提出了 该条件下沿空留巷超前工作面采场顶板放顶优化与采空侧顶板结构破断卸压相 结合的围岩结构优化控制技术。程志恒、齐庆新等H “ 就沿空留巷受近邻近煤层群 多次采动影响下，巷道围岩破坏变形程度较大，巷道难以维护的问题，结合相关 理论与现场实测，采用计算机数值模拟软件进行分析，对巷道布置位置与煤层回 采空间合理距离及巷道围岩支护参数等作了较为深入的研究。孙春东、张东升等 H 刚采用自行研制的大尺寸 1 5 0 0m m 6 0 0 m m 9 0 0m m 蠕变实验系统和F L A C 3 D 数值模拟软件对高水材料巷旁充填体蠕变特性进行了试验研究。闫玉彪、石建军 等H 鲍运用相关理论分析了沿空留巷上覆岩层应力演化运移特点，提出了锚杆与锚 索加W 钢带支护系统的耦合支护技术。张农、张志义等嵋叩在工程实际的基础上 分析了沿空留巷巷道扩刷修复原理，并提出了沿空留巷巷道临近失稳的概念，在 此基础上提出了在所留巷道进行扩刷修复的恰当时机与合理作业顺序并结合工 程设计了巷道扩刷修复的主被动协同支护方案。成云海、姜福兴等瞄妇应用相关理 论建立了关于沿空留巷上覆岩层的结构力学模型，通过分析得到了沿空留巷期间 巷旁充填体受“