摘要
深井沿空留巷常见严重围岩变形问题，尤其是进入留巷阶段时围岩变形更加剧烈。利用相似材料模拟、数值模拟和理论分析等研究手段，以得到的深井沿空留巷围岩变形演化规律为基础，建立了覆岩大结构形态方程和小结构稳定性分析模型，揭示了深井沿空留巷围岩变形演化特征，提出了稳定性控制原则，主要研究成果如下: (1)掘进期间，围岩变形对称分布，一次采动超前影响阶段，工作面超前支承压力使工作面侧顶板支撑点下沉，顶板出现偏态，工作面侧煤帮变形严重，围岩破坏深度和裂隙发育增加，在留巷阶段，空顶距以及充填体变形使顶板进一步旋转下沉，高强度充填体嵌入底板，底鼓严重，偏态现象明显，二次采动超前影响阶段围岩变形在留巷阶段变形基础上非对称性更加明显。 (2)沿空留巷覆岩大结构从掘巷开始的“易稳定拱结构”逐步演化到留巷阶段的“有条件稳定拱结构”，最终在二次采动超前影响阶段的“难以稳定拱结构”，建立了覆岩大结构力学分析模型，得到了大结构形态方程，分析了充填体宽度、工作面长度、煤帮支护阻力和侧压系数对大结构形态的影响，解释了深井沿空留巷围岩支护难度普遍增加的现象。 (3)顶板锚固体在掘进阶段以弹性变形为主，一次采动阶段主要发生工作面侧支撑点下沉和二次采动超前影响阶段挤压下沉，建立了各阶段变形分析模型，得到了变形表达式;煤帮变形以浅部破碎区碎胀为主，推导了煤帮层裂板尖点突变模型，得到了煤帮突变的充分和必要条件;分析了充填体作用机理，得到了充填体支护阻力和应力分量表达式，研究了埋深、充填体尺寸和直接顶厚度对充填体支护阻力影响;将底板分为厚层坚硬底板和软弱底板，阐述了不同底板类型下的变形演化特征。 (4)统筹研究围岩系统变形发现:①顶底板变形相互关联，但自身强度是变形量的最主要因素;②从时间上，强度低围岩首先发生变形破坏;③系统破坏机制与软弱部分破坏机制相同，强度与其他部位密切相关。 (5)提出了“各阶段逐级强化支护原则”、“空间变形协调原则”、“重点部位加强支护原则”和“特殊条件下围岩应力优化原则”的深井沿空留巷围岩稳定性控制原则。 上述研究成果在徐矿集团三河尖煤矿72207工作面轨道巷得到了成功验证。
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