摘要
小煤柱沿空掘巷可以提高煤炭资源的回收率，经济效益突出，近年来得到了越来越多的应用，但我国矿井的地质条件复杂多变，部分矿井存在着煤柱留设不合理，巷道支护效果差等问题，在倾斜煤层条件下该问题更加突出。本文以老窑沟煤矿20202工作面回风巷为工程背景，采用室内试验、理论分析、数值模拟等方法，围绕沿空掘巷覆岩结构、煤柱合理留设宽度和巷道围岩控制，对小煤柱沿空掘巷围岩控制技术进行研究。论文主要研究成果如下： （1）总结了20202工作面回风巷工程概况，分析了巷道围岩破坏原因；进行了煤岩物理力学特性试验，得到的物理力学参数为后续理论计算和数值模拟的参数取值提供了参考；通过不同倾角下煤岩变形破坏试验，得出倾角对煤样强度起着明显的弱化作用。 （2）基于老窑沟煤矿地质条件，对沿空掘巷覆岩结构与运动和基本顶断裂位置进行了分析；建立了倾斜煤层小煤柱沿空掘巷力学模型，通过计算煤柱两侧塑性区的宽度，初步得到煤柱留设的宽度应大于7.23m；对切顶卸压的必要性进行分析，得出为改善巷道围岩的应力环境，确保小煤柱沿空掘巷成功，应提前进行切顶卸压。 （3）利用FLAC3D数值软件，建立小煤柱沿空掘巷三维运算模型，通过数值计算，得到了采空区边缘侧向支承压力分布规律；模拟分析了不同煤柱宽度留设方案下，巷道围岩的应力、位移及塑性区分布规律，结合理论计算结果，最终确定合理的煤柱留设宽度为8.0m。 （4）针对20202回风巷位于倾斜煤层，顶板上方有坚硬厚岩层的地质条件，为改善巷道围岩应力环境，在20201轨道巷进行水力压裂切顶卸压，设计了切顶卸压方案；基于多级支护、桁架支护、非对称支护原理，提出了顶帮协同支护技术，通过理论计算和数值模拟给出了20202回风巷优化支护方案；对原支护方案和优化支护方案巷道围岩变形进行数值模拟分析，确定了优化支护方案的可行性。 （5）进行现场工业性试验。对水力压裂效果进行监测，通过钻孔窥视可知：水力压裂效果良好，在坚硬岩层中人工制造了结构弱面；通过矿压监测数值可知：优化后的围岩控制方案可以有效地控制巷道围岩有害变形，解决了巷道需要反复进行维修的难题。
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