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葫芦素矿煤巷顶板锚固区外出现离层,存在安全隐患,开展顶板最低锚固厚度分析和控制对于提升顶板安全性具有重要意义。本文结合理论建模和数值计算对顶板稳定机理进行静动态分析,提出了高预紧长锚固的支护方案,通过掘进和回采全过程的矿压跟踪监测,掌握了新支护技术下的巷道矿压显现特征。主要结论如下:(1)葫芦素矿煤巷为强度中等稳定以上厚层完整顶板、帮部严重劈裂的地质工程条件,分析了现有主要掘支装备的功能特点和各支护工序所用的时间,发现葫芦素矿煤巷支护效果差的原因是顶板支护参数和现有掘支速度不合理。(2)巷道顶板存在自稳隐形拱,拱内岩石是锚杆支护的对象;自稳隐形拱高度随巷道埋深增加而增加。基于自稳隐形拱高度,利用组合梁理论进行了最低锚固厚度分析,当隐形拱内上下两部分岩层的挠度不一致时,该分界面为可能离层位置,锚固深度应超过该位置。葫芦素矿煤巷的隐形拱高度为7.0m,锚固层厚度应超过3.5m。(3)建立了巷道层状顶板模型,利用FLAC3D进行掘支速度对顶板应力分布的影响研究:(1)掘进速度加快,掘进迎头附近的水平应力和垂直应力受扰动程度降低,应力集中得到缓解,塑性区面积减小,位置远离掘进迎头,顶板稳定性得到提高。(2)当掘进迎头空顶距取5m左右,顶板依然有较高的稳定性。(3)支护的及时程度与支护效果和支护体受力相关度不高,应优先选择支护及时程度高、刚度高的支护,防止围岩强度弱化,以充分利用和提高围岩的自承载能力。(4)数值模拟表明单根锚杆形成的压应力区随长度增加而强度减弱,随预应力增加而强度增强。根据锚固厚度和掘支速度的要求,提出了利用单一长度锚杆,施加高预应力,形成厚锚固层的高预紧长锚固支护方案,综合掘锚机性能,确定了锚杆具体参数。该方案具有锚固厚度大、强度高、主动支护能力强、单一低密度、支护时间短等优点。(5)现场观测表明,试验巷道的顶板锚固层整体强度高,离层和裂隙均在1.1m的浅部。该特点导致掘进期间顶板下沉量微小,锚杆支护阻力快速上升。回采期间,浅部离层造成顶板浅部完整性两极分化,下沉量离散。采空区顶板呈现弯曲收敛或锚固盲区失稳的垮落形态,并未出现因悬顶而造成端头维护困难。巷道在掘采全过程中各项指标良好,成功验证了支护理论和方案的合理性。