深部厚层复合顶板下突出煤层动压巷道围岩控制机理研究

在高应力、厚层复合顶板、瓦斯压力的综合作用下，深部厚层复合顶板下突出煤层巷道围岩控制极为困难。本项目以江西丰城、河南平顶山、贵州六盘水、毕节等矿区深部厚层复合顶板下突出煤层动压巷道为工程背景，研究以下内容：巷道两帮煤体内瓦斯压力的时空演化规律；巷道两帮煤体强度的变化规律；瓦斯掘前抽与掘后抽对巷道围岩强度影响；高应力作用下厚层复合顶板突出煤层巷道围岩应力场及破碎区、塑性区分布；突出煤层之上厚层复合顶板工作面采空侧岩体破断结构及侧向支承压力分布；瓦斯压力与锚固体强度的关系；含瓦斯煤体的蠕变特性。通过本项目的研究，将揭示瓦斯压力对深部煤层巷道围岩变形与控制的影响，认识深部厚层复合顶板下突出煤层巷道围岩移动规律，提出巷道支护原理与新技术。对改变这类巷道的围岩控制现状，丰富和发展巷道支护理论具有重要意义。

本项目以深部厚层复合顶板突出煤层巷道为工程背景，通过理论分析，实验室实验，数值计算，现场试验与实测等手段，研究了采空区厚层复合顶板的垮落规律；研究了采空侧基本顶破断规律及沿空掘巷上方关键块体B的运动特征；研究了实体煤巷道和沿空巷道顶板岩层的离层特征及锚索支护失效机理；研究了突出煤层两帮塑性区分布及锚杆支护失效机理；研究了煤体瓦斯压力与煤层巷道变形的关系；提出了一系列这类巷道围岩控制新技术。取得了以下创新性成果或发现：在高应力作用下厚层复合顶板跨落性良好，对采空区充填密实，冒落带与裂隙带的高度均小于理论计算值，同时，沿空掘巷变形整体小于实体煤巷道，这是厚层复合顶板巷道矿压显现的显著特点，为实现完全沿空掘巷创造了条件；关于顶板锚索支护失效，传统锚索支护设计将厚层复合顶板视为载荷和不稳定岩层，设计的锚索长度达到10m以上，因而在锚索安装施工过程中出现锚固剂提前破裂或不到位的情况，致使锚固力显著降低；突出煤层在瓦斯压力的作用下，强度显著降低，巷道两帮破碎区、塑性区显著增大，锚固基础薄弱，锚杆不能提供有效锚固力，甚至锚杆只能被动支护；分区瓦斯压力测试表明，瓦斯压力大的区域采用同样的支护方式、同样的巷道断面的情况下巷道变形显著大于瓦斯压力小的区域。基于以上研究成果，提出了锚索设计新理念和新方法、设计了以工字钢为骨架的可让压的帮锚索梁、提出了完全沿空掘巷技术。这些技术运用于多个矿区，取得了显著的支护效果和社会经济效益，推动了巷道支护理论与技术的发展。. 本项目取得的成果包括：省部级科技进步二等奖1项(已公示)，国内外公开发表论文18篇，出版专著1部，获国家专利授权7项。