【正文】 l form in 7435 gateway 42 IX 圖 45 頂板錨桿 （ 索 ） 支護(hù) 44 Figure 45 Bolts and cables in roof support 44 圖 46 窄 煤柱側(cè)幫錨桿支護(hù) 45 Figure 46 Bolts in pillar side 45 圖 47 低幫 側(cè)幫錨桿支護(hù) 46 Figure 47 Bolts in the lower side 46 圖 51 7435 工作面巷道平面圖 48 Figure 51 Plan of roadways in 7435 face 48 圖 52 巖層柱狀圖 48 Figure 52 Rock column 48 圖 53 有效應(yīng)力原理 49 Figure 53 Principle of effective stress 49 圖 54 水對(duì)巷道兩幫煤體強(qiáng)度的影響 50 Figure 54 Influence of water on coal strength in two sides of roadway 50 圖 55 頂板支護(hù)效果 50 Figure 55 Support effect in roof 50 圖 56 巷道兩幫非均稱變形 51 Figure 56 Non symmetric deformation in two sides of roadway 51 圖 57 低幫側(cè)鋼筋梯子被剪斷 51 Figure 57 Steel ladder sheared in the lower side 51 圖 58 窄煤柱側(cè)支護(hù)效果 51 Figure 58 Support effect in pillar side 51 圖 59 7435 材料道支護(hù)改善建議 56 Figure 59 Support improvement suggestion in 7435 gateway 56 X 表清單 表序號(hào) 表名稱 頁(yè)碼 表 21 計(jì)算公式所需各參數(shù)值 20 Table 21 Parameters required for formula 20 表 31 煤巖 塊 體力學(xué)參數(shù) 28 Table 31 Mechanical parameters of coal and rock block 28 表 32 節(jié)理面力學(xué)參數(shù) 28 Table 32 Mechanical parameters of coal and rock joints 28 表 33 各個(gè)寬度窄煤柱劃分 36 Table 33 Division of each coal pillar 36 XI 變量注釋表 B 煤柱寬度 maxcσ 組合梁 39。 近年來(lái)，能源市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)逐漸凸顯。 煤炭本身不是污染，它與石油、天然氣一樣，只是一種自然材料 [6]。上一個(gè)工作面回采后，形成側(cè)向支承壓力。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （ Research Status） 從上個(gè)世紀(jì) 50 年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外展開(kāi)了對(duì)沿空掘巷無(wú)煤柱護(hù)巷方式的試驗(yàn)，推動(dòng)了無(wú)煤柱護(hù)巷方式的發(fā)展。 張農(nóng)、李學(xué)華、高明仕 [13]認(rèn)為迎采動(dòng)工作面留窄煤柱沿空掘巷受鄰近工作面?zhèn)认蝽敯迤茢?、轉(zhuǎn)動(dòng)及穩(wěn)定的全過(guò)程動(dòng)壓影響，頂板煤體離層，窄煤柱破裂，圍巖穩(wěn)定性急劇惡化。 （ 4）支承特征：關(guān)鍵層破斷之前以板（或簡(jiǎn)化為梁）的結(jié)構(gòu)形式作為全部或局部巖層的承載主體，破斷后成為砌體梁結(jié)構(gòu)，繼續(xù)成為承載主體。 全面掌握上工作面采場(chǎng)側(cè)向支承壓力分布規(guī)律，是正確選擇巷道開(kāi)挖位置、確定煤柱合理寬度的重要依據(jù)。 000000t a nln2 t a nt a nxCk γ HφmAxCPφφ A??????????? （ 12） 0 1 2B x x x? ? ? （ 13） 式中： 0x 為煤柱應(yīng)力極限平衡的寬度， m； m 為煤厚， m； A 為側(cè)壓系數(shù)，? ?= 1A μ μ ， μ 為泊松比； 0φ 為煤體內(nèi)摩擦角，（ ）； 0 C 為煤體內(nèi)聚力， MPa； k為應(yīng)力集中系數(shù)； γ 為上覆巖層平均容重， MN/m3； H 為巷道埋深， m； xP 為支架對(duì)煤幫的支護(hù)阻力， MPa。當(dāng)基本頂斷裂線位于巷道正上方時(shí)，靠近采空區(qū)側(cè)圍巖變形量較靠近實(shí)體 煤壁側(cè)的大，巷道頂板應(yīng)力降低，導(dǎo)致圍巖破碎可錨性差，煤柱應(yīng)力和變形增速最快，圍巖穩(wěn)定后作用在煤柱上的載荷最大，煤柱持續(xù)變形速度也最大，導(dǎo)致巷道后期維護(hù)困難。 b）錨桿安設(shè)后，由于巖層變形和離層，會(huì)使錨桿受力很大，而遠(yuǎn)非破碎巖層重量。 從巖層受力角度考慮，錨桿將各個(gè)巖層夾緊形成組合梁，如圖 122 所示。 c）只適用于層狀頂板，而且僅考慮了錨桿對(duì)離層及滑動(dòng)的約束作用，沒(méi)有涉及錨桿對(duì)巖體強(qiáng)度、彈性模量及應(yīng)力分布的影響。 錨桿支護(hù)的作用是形成較大厚度和較大強(qiáng)度的加固拱，拱的厚度越大，越有利于圍巖穩(wěn)定。 為描述錨桿對(duì)巖體的強(qiáng)化作用，引入了強(qiáng)化系數(shù)，及錨固體的強(qiáng)度與未錨固巖體的強(qiáng)度的比值。 研究?jī)?nèi)容（ Research Content） 本文綜合采用理論分析、數(shù)值模擬、工程實(shí)踐等方法，以孔莊礦 7435 工作面 材料道為工程實(shí)例，對(duì)大傾角厚煤層條件下沿空掘巷圍巖控制技術(shù)進(jìn)行研究。工作面斜面積 445356m2，工作面 7煤工業(yè)儲(chǔ)量 萬(wàn) t，設(shè)計(jì)動(dòng)用儲(chǔ)量 萬(wàn) t，回采煤量為 235 萬(wàn) t（放頂煤工作面回 采率為 85%）。 沿空掘巷弧形三角塊結(jié)構(gòu)（ Arc Triangular Plate on GobSide Driving Entry） 砌體梁理論及大傾角厚煤層礦壓特點(diǎn) “砌體梁”結(jié)構(gòu)根據(jù)采動(dòng)巖體的移動(dòng)特征來(lái)提出的 [35, 36]： 1）上覆巖層中的堅(jiān)硬巖層是巖體的骨架結(jié)構(gòu)，可以將上覆巖層分成若干組，每一組的底層為堅(jiān)硬巖層，它承擔(dān)自身的重力以及上覆軟弱巖層的載荷。 2 7435 材料道沿空掘巷上覆圍巖結(jié)構(gòu)及受力分析 13 (a) (b) 圖 22 泥巖和砂巖交互型頂板 Figure 22 The sandstone and mudstone developed alternatively in roof 由于 7435 材料道為沿頂掘進(jìn)，巷道上方無(wú)頂煤。 圖 16 技術(shù)路線 Figure 16 Technology roadmap 研究對(duì)象研究?jī)?nèi)容研究方法擬解決的科學(xué)問(wèn)題預(yù)期成果大傾角厚煤層沿空掘巷道上覆巖層結(jié)構(gòu)不同寬度小煤柱應(yīng)力分布、變形和塑性區(qū)分布沿空掘巷圍巖控制技術(shù)工業(yè)性試驗(yàn)理論分析數(shù)值模擬礦壓觀測(cè)孔莊礦 7435 綜放面材料道留小煤柱沿空掘巷技術(shù)大傾角厚煤層沿空掘巷道上覆巖層破斷規(guī)律及力學(xué)特征數(shù)值模擬確定合理小煤柱寬度提出巷道支護(hù)優(yōu)化方案得出沿空掘巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、提出改進(jìn)建議確定孔莊礦 7435 綜放面材料道沿空掘巷合理小煤柱寬度及巷道支護(hù)方案錨固理論工程類比應(yīng)用型碩士學(xué)位論文 12 2 7435 材料道沿空掘巷上覆圍巖結(jié)構(gòu)及受力分析 2 Analysis of Structure and Mechanical state of Roof in 7435 GobSide Driving Entry 7345 工作面采礦技術(shù)條件（ Mining Technological Condition of 7435 Face） 7435 工作面概況 7435 綜放工作面位于礦井 IV1 采區(qū)西翼深部，其北為 1020m 等高線，南到7433 工作面采空區(qū)，西到 IV1 人行下山，東到 Fc11 斷層。 *cσ —— 未錨巖體的殘余抗壓強(qiáng)度， MPa。 1錨桿 2加固拱 圖 15 加固拱作用 Figure 15 Compression arc mechanism of bolts （ 5）強(qiáng)度強(qiáng)化理論 侯朝炯 [31]等在已有的研究成果的基礎(chǔ)上，提出巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。 圖 14 減跨作用 Figure 14 Reduction span mechanism of bolts （ 4）壓力拱理論 于 1955 年提出安裝錨桿后使隧道圍巖中形成連續(xù)的壓縮帶，錨桿的作用是使圍巖中產(chǎn)生一定厚度的壓縮帶承受圍巖壓力。組合梁理論充分考慮了錨桿對(duì)離層及滑動(dòng)的約束作用，但是它存在以下明顯缺陷： a）組合梁有效組合厚度很難確定。因此，懸吊理論計(jì)算的錨桿載荷與實(shí)際出入比較大。 （ 1）懸吊理論 懸吊理論認(rèn)為：錨桿 支護(hù)的 作用是將巷道頂板較軟弱的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層上，增強(qiáng)較軟弱巖層的穩(wěn)定性。 應(yīng)用型碩士學(xué)位論文 6 王衛(wèi)軍 [11]提出綜放沿空掘巷護(hù)巷窄煤柱采空側(cè)的塑性區(qū)是在老頂?shù)慕o定變形下產(chǎn)生的，因此塑性區(qū)的寬度與老頂?shù)幕顒?dòng)規(guī)律、直接頂、煤層的厚度及其力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，并得出基本頂給定變形下綜放沿空掘巷合理窄煤柱寬度的計(jì)算公式。 對(duì)我國(guó) 200 余條不同類型的巷道在不同圍巖性質(zhì)，護(hù)巷方式和煤柱寬度時(shí)，巷道的圍巖變形規(guī)律和變形量的研究成果，得出巷道圍巖變形與煤柱寬度的普遍關(guān)系式為： ? ? ? ?ln ??????? c B fu V a d e （ 11） 式中： u（ V） —— 巷道采動(dòng)期間的附加變形量，或采動(dòng)穩(wěn)定期間的平均變形速度； B 一一護(hù)巷煤柱寬度。 20 世紀(jì) 90 年代后，高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)在沿空掘巷中的應(yīng)用，使得沿空掘巷窄煤柱維護(hù)狀況大大改善 。 沿空掘巷涉及的科學(xué)問(wèn)題概括為： 弧形三角塊理論、窄煤柱寬度的確定 、圍巖錨固理論。 王衛(wèi)軍、侯朝炯、李學(xué)華 [11]基于對(duì)基本頂給定變形作用的認(rèn)識(shí)，運(yùn)用莫爾庫(kù)倫準(zhǔn)則建立了采空區(qū)側(cè)向塑性區(qū)寬度的力學(xué)模型，對(duì)基本頂給定變 形下沿空掘巷的合理位置進(jìn)行了研究。 沿空掘巷又分為薄及中厚煤層沿空掘巷 和厚煤層綜放沿空掘巷。向環(huán)境污染宣戰(zhàn)，推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，提高資源利用率 [7]。但根據(jù)目前已經(jīng)探明的資源賦存來(lái)看，我國(guó)并不 是 天然氣資源富國(guó)。 21世紀(jì)初第一個(gè)十年黃金發(fā)展期， 我國(guó) 煤炭工業(yè)的發(fā)展迅猛，產(chǎn)能逐年增長(zhǎng)。 關(guān)鍵詞： 沿空掘巷 ； 綜放；大傾角厚煤層 ； 窄煤柱 ； 錨網(wǎng)索支護(hù) II Abstract Gobside driving entry is conducted after upper gob is stable, leaving narrow coal pillar in the gob. Gobside driving entry can be applied to thin and thick seam. In the thick seam, fully mechanized top caving mining method used, gobside entry is difficultly maintained, because of coal thickness, large roof deformation and large 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