极近距离下煤层围岩破坏规律及支护参数优化研究

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极近距离煤层群采用下行开采,下煤层顶板整体结构势必会受到上煤层采动的影响,出现顶板破碎,应力集中等现象。马坊煤矿10603工作面距离上煤层4.2m,顶板为两层砂质页岩夹0.8m不稳定薄煤层的复合顶板,属典型复杂围岩环境极近距离煤层开采。由于该矿首次采用综采工艺,开切眼断面跨度较普采显著增加,支护难度加大,合理开切眼位置和支护形式、参数的确定没有经验可借鉴,如何科学布置开切眼,保证支架等综采设备安装时巷道的稳定,是该矿首先面临的技术难题。  本文综合运用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的方法,针对以上技术难题,对极近距离下煤层开切眼合理位置的确定、围岩特征及破坏规律、支护形式和支护参数优化等问题进行了系统研究,得出以下主要研究成果:  (1)利用围岩可视化探测技术,对下煤层顶板损伤情况进行观测,研究表明,顶板主要破坏形式为在弱面处的离层破坏,存在两条带状破裂区,破裂区与复合顶板中间煤线的上下界面位置重合。  (2)建立相关力学模型,对上煤层开采后底板的损伤深度及采空区边界煤柱支承压力在底板中的分布规律进行研究,结合数值模拟方法,论证了在边界煤柱下布置开切眼的可行性,确定了10603综采开切眼的合理位置。  (3)分析了薄层煤岩复合顶板结构特征及破坏规律,研究表明,顶板破坏与两帮破坏相互作用,具有明显叠加性,易发生连锁循环破坏,对于大断面开切眼巷道,破坏表现尤为显著。  (4)深入分析了架棚支护与锚网支护各自的适应性和作用机理,结合经济对比和数值模拟方法,确定10603综采工作面开切眼巷道合理支护形式为架棚+锚网联合支护。  将以上研究成果用于指导马坊煤矿10603综采工作面开切眼施工,实践表明,采用架棚+锚网联合支护,围岩控制效果显著,支护形式安全有效,顺利完成工作面设备的安装与调试。
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