上下山护巷煤柱合理尺寸选取的研究

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上下山巷道作为一种长久服务的巷道,其良好的稳定状况是确保煤矿高产高效生产的前提。近年来,巷道围岩破坏的表现形式呈现出复杂性,巷道强烈底鼓、围岩变形难以控制,巷道的维护状况已成为制约煤矿集约化生产的瓶颈。采用留设煤柱的方法对巷道加以维护已成为大多数煤矿的选择,然而根据经验公式或者根据埋深简单计算的煤柱宽度对于高应力、强流变的深部软岩巷道而言,很难保证巷道的稳定。确保巷道的安全稳定,对煤矿的安全高效生产具有重要的现实意义。本文通过采用理论分析、数值模拟与现场测试相结合的研究方法对相邻巷道间及采场与巷道间煤柱稳定性进行研究,得到了以下主要结论:  首先,采用半圆拱巷道外接圆类比圆形巷道,从弹塑性角度出发,分析了巷道开挖后应力分布的状态,得出了单一巷道围岩破坏的一般规律,即巷道围岩呈现塑性、弹性分区。在此基础上,结合FLAC3D数值模拟,研究相邻平行巷道间煤柱宽度、岩层属性及巷道埋深三种因素对巷道稳定性的影响,揭示了相邻巷道围岩破坏的机理:当巷道间煤柱较窄,巷道间煤柱弹性核较窄,不足以承担覆岩荷载,巷道稳定性较差,巷道发生破坏。  其次,将采场与巷道间煤柱作为基础,引入弹性损伤模型,提出了双参数弹性损伤的地基梁模型,利用有限差分得到了坚硬基本顶的挠度、弯矩及基础反力,为顶板变形、损伤及超前支承压力影响范围的确定提供理论基础,在此基础上,对煤体进行了蠕变分析,发现煤柱破坏范围较弹性损伤增加,留设的煤柱宽度应在弹性损伤计算的基础上增加因蠕变而破坏的宽度,确保工程在其服务年限内安全稳定。  最后,将巷道开挖后应力重分布的弹塑性理论及双参数弹性损伤的地基梁模型应用到新安煤矿-650采区。通过分析巷道开挖后非弹性区的范围和煤层上方坚硬基本顶的挠度、弯矩及煤层应力的影响范围,得到巷道间煤柱宽度及巷道与采场间煤柱宽的合理范围,结合FLAC3D数值模拟的结果,最终确定新安煤矿-650采区下山巷道间煤煤柱宽度为25m,巷道与采场间煤柱宽度为135m。实践应用表明,该分析结果可靠,实用性较强,为巷道护巷煤煤柱宽度的选取提供了科学的决策依据。
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