基于深部高瓦斯的软岩巷道技术研究

【摘要】综采放顶煤开采技术是我国厚煤层开采方法的一次革命，是厚煤层实现高产、高效、低耗和安全生产的有效途径。本文综合运用岩体力学及矿山压力理论、结合数值模拟及现场实测的研究方法，研究“双U型”通风方式下合理的巷道布置方法和煤柱内应力叠加巷道围岩控制技术。并通过工业试验证实，上述研究成果可提高采区采出率，改善巷道维护状况，产生显著的经济、社会和安全效益，有较为广阔的推广应用前景。

【关键词】深部高瓦斯；软岩；巷道

1、引言

1.1研究背景与意义

合理的巷道布置方式和巷内支护是保证双“U”型通风方式下中间巷稳定的两个主要因素。长期以来，众多专家、学者对护巷煤柱宽度和煤柱稳定机理方面研究较多，而对两次采动高应力叠加后的重新演化规律、以及该动态效应对煤柱内巷道维护的作用规律研究较少。为此，本文针对此类条件，从改善巷道围岩应力环境入手，深入分析两侧采动高应力叠加后的动态效应以及其对外圈巷维护的影响规律，提出新型的回采巷道布置方法，并确定合理的煤柱宽度以及巷道支护技术、支护参数。

（1）提出新型回采巷道布置方法，建立上覆岩层弹塑性力学结构模型，分析该结构在巷道不同阶段的稳定性。

（2）采用数值模拟和理论分析的方法，研究分析两侧采动高应力演化过程中，煤柱稳定机理与巷道围岩变形破坏机理，开发煤柱内沿空巷道合理的支护技术和支护参数。

（3）现场工业性试验，实测巷道矿压显现规律，进一步完善理论分析，总结研究成果。

2、煤柱内沿空巷道上覆岩层结构及其稳定机理

从围岩力学性质和应力环境来分析，沿空巷道是一类特殊的回采巷道。工作面回采后采空区上覆岩层垮落，基本顶初次来压形成“O-X”破断，周期来压即基本顶周期破断后的岩块沿工作面走向方向形成砌体梁结构，在工作面端头破断形成弧形三角块。弧形三角块在煤壁内部断裂并以断裂线为轴旋转下沉，它的运动状态及稳定性直接影响下方煤体的应力分布和变形规律。

工业实践表明：沿空巷道在掘进影响阶段及掘后稳定阶段变形较小，受工作面采动影响后，巷道围岩活动剧烈，加上围岩松软破碎，造成工作面回采时巷道变形量很大。基本顶的稳定状况及位态直接影响沿空巷道围岩稳定状况。

3、煤柱内沿空掘巷围岩稳定性分析及煤柱合理宽度

对处于受采动影响后次生应力发育的应力环境中的沿空巷道，在采用合理的围岩控制技术的前提下，必须考虑巷道的布置，以避开深部强采动带来的高支承压力影响，合理的巷道布置，应使巷道处于较易维护的次生应力环境中。窄煤柱是综放沿空掘巷围岩的一个重要组成部分，其稳定性直接影响巷道整体稳定，因此，开展综放沿空掘巷的窄煤柱稳定性研究具有重要的意义。

4、高瓦斯厚煤层沿空掘巷围岩稳定控制分析

围压越大，岩石强度越高，在围岩破坏前，围压的增长对于岩石强度的增加并不明显，但围岩破坏后，岩石的残余强度对围压比较敏感，较小围压的增长亦能有效地提高围岩的残余强度，改善被锚固岩体的力学性能，从而有利于保持巷道围岩的稳定。

5、工业试验

6、总结

（1）建立了煤柱内沿空巷道上覆岩层结构弹塑性力学模型，分析了基本顶结构在巷道不同阶段的稳定性，揭示了基本顶三角块结构变形运动规律与巷道围岩稳定性的关系。

（2）揭示了煤柱内沿空巷道受相邻巷道掘进、两侧工作面采动时的应力场、位移场和塑性区演化规律，确定了新型巷道布置方法中合理的煤柱宽度。

（3）研究了煤柱内沿空巷道围岩稳定机理，开发了此类巷道围岩控制技术。

参考文献

[2]石智军，胡少韵，姚宁平等.煤矿井下瓦斯抽采（放）钻孔施工新技术.煤炭工业出版社，2008