大断面煤巷稳定机理及控制技术研究

大采高机械化开采技术具有生产效率及资源回收率高等优点，在围岩条件较好的神东矿区得到了应用，条件较差的矿区也在试验。大采高机械化开采需要的大断面煤巷稳定机理与控制技术的研究处于起步阶段，冒顶、片帮事故时有发生，成为制约该技术推广应用的关键问题之一。本课题对大断面煤巷稳定机理与控制技术开展研究，主要研究内容为：1）建立掘进迎头无支护大断面煤巷顶板和两帮弹塑-损伤力学模型，揭示迎头无支护煤巷围岩稳定机理，形成大断面煤巷极限空顶距的确定方法，为防止迎头无支护期间冒顶、片帮提供依据。2）建立锚固体围岩流变-损伤力学模型，分析锚杆、锚索支护的大断面煤巷围岩应力演化和变形破坏规律，揭示大断面煤巷围岩稳定机理，为开发大断面煤巷围岩控制技术提供依据。3）研究以锚杆、锚索为基础的支护技术对大断面煤巷围岩稳定的控制机理，为确定支护技术提供依据、为大采高机械化开采提供保障。

大采高机械化开采技术具有生产效率及资源回收率高等优点，在围岩条件较好的神东矿区得到了应用，条件较差的矿区也在试验。大采高机械化开采需要的大断面煤巷稳定机理与控制技术的研究处于起步阶段，冒顶、片帮事故时有发生，成为制约该技术推广应用的关键问题之一。本课题对大断面煤巷稳定机理与控制技术开展研究，取得如下研究成果：.（1）建立掘进迎头无支护大断面煤巷顶板和两帮弹塑-损伤力学模型，采用差分法分析了不同空顶距条件下大断面煤巷顶板和两帮的应力等值线分布形态，基于最大拉应力破坏准则，揭示了迎头无支护围岩稳定机理，提出了大循环进尺(大空顶距)条件下巷道围岩稳定性判别方法。 .（2）基于粘弹塑性理论，系统研究了应力水平、侧压系数、断面尺寸、弱面等因素对大断面煤巷锚固围岩稳定性的影响规律，探讨了围岩破坏方式的转变机制，给出了大断面巷道锚固围岩失稳的临界条件，揭示了大断面煤巷围岩稳定机理。.（3）针对大断面巷道围岩的变形破坏特征，通过分析锚杆支护对弱面的加固作用机理和锚杆预应力扩散规律，开发了弱面剪切位移峰值区斜拉锚索支护、拉破坏极不稳定区小间距高预应力锚杆支护以及弱面离层区层次锚杆支护的顶板“三区”关键部位加强支护技术。.（4）依据大断面托顶煤巷道围岩技术，针对王庄煤矿大断面托顶煤巷道埋深为400m、巷道宽度为5.5m的生产地质条件，在王庄煤矿7105工作面运输巷进行了工业性试验，现场应用表明，“顶板三区关键部位加强支护、层次锚杆支护”的围岩控制技术有效控制了围岩变形，实现了围岩及支护结构稳定。