【正文】 rge plastic and damage area of coal near the gob. At the same time, increasingly entering into deep mining, coal mines face plicated geological and mechanical condition concluded by “three high parameters and one disturb”, so there are much realistic significance for study on control of these gobside entry. This paper uses 7435 gobside driving entry for material as an engineering background, which is characterized by beyond 1000 meter depth, large dip angle, thick coal seam and fully mechanized top caving mining method. Also, the gobside entry is affected by the mining water from upper gob. Arc triangular plate and coal limit equilibrium theory used, roof structure and coal limit equilibrium zone of 7435 gateway are analyzed. Higher side horizontal displacement, coal pillar horizontal displacement and vertical stress are pared by numerical stimulation. Support method for 7435 gateway is put forward and applied in test, it is discovered that after excavation roof deformation is less than 150 mm, and no coal damage is in the higher side with general deformation less than 300 mm, and the deformation in the lower side is more than that in the higher side, especially near the floor of gateway. Influenced by mining water from gob, coal pillar in that section damage largely, requiring reinforced support. In general, with good support effect, 7435 gobside entry satisfies production and provides some reference significance for similar condition. There are 52 figures, 4 tables and 71 references in this paper. Keywords: gobside entry driving。 提出了 7435 材料道支護(hù)方案并應(yīng)用于試驗(yàn)段，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和礦壓觀測(cè)的方法，發(fā)現(xiàn)沿空掘巷穩(wěn)定后頂板下沉量小于 150mm，窄煤柱側(cè)未出現(xiàn)大面積片幫破碎現(xiàn)象，總體變形量小于 300mm，低幫側(cè)底角處變形量最大，且總體變形量大于高幫側(cè)。同時(shí)，隨著礦井逐漸進(jìn)入深部開采，面臨著“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)環(huán)境，對(duì)此類巷道的圍巖控制技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。源于父母堅(jiān)定的支持，源于弟弟的堅(jiān)定的信任，我是一個(gè)幸運(yùn)的人，常懷感恩，不忘回報(bào)！ 感謝自入學(xué)以來(lái)那么多可愛、可敬的老師，未嘗依依道謝，借此機(jī)會(huì)，向你們大聲說：謝謝！ 感謝各位專家、教授在百忙之中評(píng)審本 論文，由于作者水平有限，文中難免有不足和疏漏之處，熱切希望得到您們的指教。從鄭老師的一言一行中，我慢慢學(xué)習(xí)做人做事的禮儀和方法。生有涯，知無(wú)涯。 致 謝 在論文即將完成之時(shí)，向我的導(dǎo)師鄭西貴老師致以真摯的謝意和敬意，謝謝您！師從兩載，時(shí)光荏苒，歲月如梭，來(lái)不及細(xì)細(xì)感悟，心中只有絲絲不舍。他對(duì)各方面知識(shí)的涉獵，讓我看到一位學(xué)者應(yīng)有的儒雅氣息。見多方能識(shí)廣，少見難免多怪。 2020 年 5 月于徐州 I 摘 要 沿空掘巷是在上區(qū)段工作面回采穩(wěn)定后，在采空區(qū)邊緣留窄煤柱掘進(jìn)巷道。 本文以孔莊礦 7435 材料道留窄煤柱沿空掘巷為工程背景，工程特點(diǎn)為千米深井大傾角厚煤層綜放開采，且受上區(qū)段采空區(qū)積水影響。受到采空區(qū)積水影響，淋水段窄煤柱片幫嚴(yán)重，需要加強(qiáng)支護(hù)。 fully mechanized top caving mining。B 傾斜煤層煤柱寬度 maxl? 疊合梁 ? 煤層傾角 hi 各層巖梁厚度 m 煤層厚度 n 巖層總數(shù) 0x 為煤柱應(yīng)力極限平衡的寬度 W 組合梁自重 A 側(cè)壓系數(shù) t 組合梁高度 μ 泊松比 E 巖石彈性模量 0φ 煤體內(nèi)摩擦角 L1T 極限跨距 0C 為煤體內(nèi)聚力 RT 基本頂巖層抗拉強(qiáng)度 k 為應(yīng)力集中系數(shù) hd 底煤深度 γ 為上覆巖層平均容重 s 工作面長(zhǎng)度 H 為巷道埋深 q 基本頂承受的最大載荷 xP 為支架對(duì)煤幫的支護(hù)阻力 u 巷道采動(dòng)期間的附加變形量 x1 窄煤柱側(cè)幫錨桿有效長(zhǎng)度 V 采動(dòng)穩(wěn)定期間的平均變形速度 x2 煤柱穩(wěn)定性系數(shù) 1 緒論 1 1 緒論 1 Introduction 選題 意義 （ Research Significance） 21世紀(jì)的煤炭工業(yè)面臨著能源市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)和全球環(huán)境日益惡化的雙重壓力，我國(guó)更是如此。然而， 2020年以來(lái)整個(gè)煤炭工業(yè)市場(chǎng)開始低迷，總體而言，煤炭在供求平衡的基礎(chǔ)上，由于產(chǎn)能建設(shè)超前，結(jié)構(gòu)性過剩突出。 2020年 5月 21日，中俄在上海簽署兩國(guó)政府東線天然氣合作項(xiàng)目備忘錄、中俄東線供氣購(gòu)銷合同兩份能源領(lǐng)域重要合作文件。 除 了來(lái)自其他化石燃料的競(jìng)爭(zhēng)外，我國(guó)煤炭行業(yè)還受到了來(lái)自國(guó)外進(jìn)口煤炭的壓力。但是煤炭的開采、使用過程中產(chǎn)生了污染。 面對(duì)著煤炭行業(yè)的兩大挑戰(zhàn)，作為市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下自負(fù)盈虧的組織，必須通過科技進(jìn)步來(lái)實(shí)現(xiàn)降本增效提高煤炭行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。兩個(gè)工作面之間留足夠?qū)挼拿褐?，使下工作面的回采巷道位于原巖應(yīng)力環(huán)境中，即實(shí)體煤中巷道 護(hù)巷 方式 ；兩個(gè)工作面之間留窄煤柱，使下工作面回采巷道位于側(cè)向支撐壓力環(huán)境中，即沿空掘巷 護(hù)巷 方式；兩個(gè)工作面之間不留煤柱，使上工作面回采巷道服務(wù)于下工作面回采，即沿空留巷 護(hù)巷 方式。厚煤層綜放沿空掘巷的維護(hù)條件要比薄及中厚煤層困難，難度在于巷道支護(hù)介質(zhì)發(fā)生了變化。 80 年代，對(duì)架棚支護(hù)沿空掘巷的研究認(rèn)為 [8, 9]：（ 1）留窄煤柱沿空掘巷，不僅在掘進(jìn)期間巷道變形強(qiáng)烈，而且在掘后穩(wěn)定期間仍保持較大的變形速度；（ 2）窄煤柱裂隙發(fā)育、甚至破碎，自身難以保持穩(wěn)定，而且，其支撐作用力小，增加了巷道跨度和懸頂距離，巷道維護(hù)困難；（ 3）對(duì)窄煤柱的合理寬度一直沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其結(jié)論差別較大，從 1～ 5m 到 15～ 25m 不等。 王衛(wèi)軍、侯朝炯、柏建彪 [12]根據(jù)砌體梁理論，認(rèn)為基本頂頂以給定變形方1 緒論 3 式作用于綜放沿空巷道，應(yīng)用能量原理分析了巷道圍巖的變形機(jī)理，建立了巷道頂煤的力學(xué)模型，運(yùn)用變分法對(duì)基本頂頂給定變形下頂煤的變形進(jìn)行了初步求解，并對(duì)頂煤下沉量與支護(hù)阻力、煤體彈性模量、巷道寬度的關(guān)系進(jìn)行了探討。為了保持巷道形狀，采用預(yù)拉力鋼絞線桁架系統(tǒng)來(lái)控制頂板離層，結(jié)合高性能預(yù)拉力錨桿、 M 型鋼帶、小孔徑預(yù)拉力短錨索等，形成預(yù)拉力組合支護(hù)技術(shù)，較好地解決該類問題。 弧形三角塊理論 工作面回采后，采空區(qū)上覆巖層一般采用全部垮落法處理。 沿空掘巷一側(cè)為要開采的實(shí)體煤，另一側(cè)為上區(qū)段采空區(qū)，上區(qū)段基本頂在實(shí)體煤內(nèi)斷裂，以實(shí)體煤為固支邊。 窄煤柱 的合理寬度 是沿空掘巷支護(hù)的關(guān)鍵。在側(cè)向支承壓力分布規(guī)律方面，已進(jìn)行了大量研究，主要運(yùn)用數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)大都采用在工作面順槽內(nèi)直接向側(cè)向煤體鉆孔布置應(yīng)力計(jì) [2022]。如巷道二側(cè)均已采空，則煤柱總寬度為 2B， a、 b、 c、 d、 f—— 常數(shù)。 x1為巷道窄煤柱側(cè)幫部錨桿有效長(zhǎng)度，再增加 15%的富裕系數(shù)， m； x2為考慮煤層厚度較大而增加的煤柱穩(wěn)定性系數(shù)，按 (x0+x1)計(jì)算。 ? ? x l?? （ 14） ? ? ? ?231112ta n 1 nc d ipi ipσ Hhxl μ μEEθ k μ???? ? ? ? ?????? ? （ 15） 式中： x為塑性區(qū)寬度， m； Bl 為窄煤柱寬度， m； ml 為錨桿長(zhǎng)度， m； 為富余系數(shù)。當(dāng)基本頂斷裂線位于沿空巷道外側(cè)時(shí)，煤柱變形在合理范圍內(nèi)，同時(shí)具有較強(qiáng)的支承能力，對(duì)巷道維護(hù)有利。由于煤系地層為層狀沉積巖，回采巷道經(jīng)常遇到層狀巖體，錨桿的懸吊作用如圖 121（ a）所示。 c）當(dāng)錨桿穿過破碎巖層時(shí)，錨桿提供的徑向和切向約束會(huì)不同程度地改善破碎巖層的整體強(qiáng)度，使其具有一定程度的承載能力，而懸吊理論沒有考慮圍巖的自承能力。 （ 2）組合梁理論 1952 年德國(guó) Jacobio 等在層狀巖層中提出了組合梁理論。 組合梁所受的最大拉應(yīng)力與疊合梁所受的最大拉應(yīng)力的比值為： 2m a x2m a x 1()cilihhn?????? （ 16） 式中， maxcσ 、 maxl? —— 組合梁和疊合梁的最大拉應(yīng)力， MPa； hi—— 各層巖梁厚度， m； n—— 巖層總數(shù)。它涉及及影響錨桿支護(hù)的眾多因素，目前還沒有一種方法比較可靠地估計(jì)有效厚度。 （ 3）減跨理論 減跨理論認(rèn)為：如果把拱頂不穩(wěn)定的巖層看成是支撐在邊墻的疊合梁（板），可將錨桿視為圍巖懸吊的為支點(diǎn)，安設(shè)了錨桿就相當(dāng)于增加了支點(diǎn)而減少了支護(hù)的跨度，從 而降低支護(hù)的彎曲應(yīng)力和撓度，維持了圍巖的穩(wěn)定性，使其不易變形和破壞，如圖 123 所示。與拱形壓縮帶理論1 緒論 9 相似的還有 加固 拱理論。 加固拱理論充分考慮了錨桿支護(hù)的整體作用，在軟巖巷道中得到了較廣泛的應(yīng)用。該理論認(rèn)為： a）錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì)是錨桿與錨固區(qū)域的巖體相互作用組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)； b）錨桿支護(hù)可提高錨固體的力學(xué)參數(shù)（ E、 C、 φ），改善錨固體的力學(xué)性能； c）巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)的巖體則處于破碎區(qū)，相應(yīng)的錨固區(qū)巖石強(qiáng)度處于峰后強(qiáng)度或殘余強(qiáng)度，錨桿支護(hù)使巷道圍巖特別是處于峰后區(qū)圍巖強(qiáng)度得到強(qiáng)化，提高了峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度。錨固體極限強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)jK： 1j cσK σ? （ 18） 式中： 1σ —— 錨固體的極限抗壓強(qiáng)度， MPa。 存在的問題（ Main Problems） 以上研究大都針對(duì)淺部或中深部礦井沿空掘巷進(jìn)行，礦井深入深部開采后，尤其是千米深井開采后受到“三高一擾動(dòng)”的影響 [32, 33]，煤巖體處于高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓的環(huán)境中，而且要經(jīng)受多次強(qiáng)烈的采動(dòng)影響，巷道圍巖應(yīng)力及變形特征均表現(xiàn)出與淺部不同的規(guī)律，圍巖由脆性向塑性過渡，巷道表現(xiàn)出非線性大變形的特點(diǎn)，加大了巷道支護(hù)難度 [34]。本文的主要研究?jī)?nèi)容 如下： （ 1）通過理論分析，揭示大傾角厚煤層回采巷道上覆巖層結(jié)構(gòu)及煤體極限平衡寬度，為探討沿空掘巷合理煤柱寬度及支護(hù)方式提供理論參考； （ 2）對(duì)窄煤柱進(jìn)行幾何形狀、受力和變形分析，對(duì)比不同煤柱寬度時(shí)，窄煤柱幫部水平位移、整體水平位移和應(yīng)力分布特點(diǎn)，得出窄煤柱合理寬度； （ 3）根據(jù)深井支護(hù)及窄煤柱支護(hù)的原則，結(jié)合材料道圍巖條件，提出巷道錨桿索噴支護(hù)方案及具體參數(shù)； 1 緒論 11 （ 4）在試驗(yàn)段進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)反饋，分析支護(hù)效果，對(duì)支護(hù)中出現(xiàn)的不足之處，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高＋ ，工作面標(biāo)高為 ~，工作面走向長(zhǎng) 1952m，設(shè)計(jì)工作面凈長(zhǎng) 213m（平距），工作面煤層厚度 ~，平均厚度 ，工作面煤層傾角在 18176。 采用綜采放頂煤采煤方法，采高 ，頂煤高 ，采放比約為 1:1。頂板巖層經(jīng)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，與水平方向平均角度為 21176。
。 圖 23 7435 材料道沿空掘巷圍巖條件 Figure 23 Surrounding rock condition of gobside entry driving in 7435 tailgate 由圖 21 212 可知， 7435 工作面為大傾角厚煤層綜放開采，本論文圍繞這種采礦條件下材料道留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)展開。 基本 頂 ： 中粒砂巖 ，