[00113662]采区巷道支护参数及煤柱宽度优化研究

该课题来源于肥矿集团2007年度计划项目。肥城矿业集团白庄煤矿采区主要巷道自施工投入生产开始至达到巷道的服务年限期间，巷道需不同程度的扩修多次，巷道的维护成本太高，影响了矿井正常生产。针对白庄煤矿顶板为复合顶板且强度低的特点，该项目研究提出了增加锚杆安装应力、提高锚杆系统支护强度与锚杆支护效率以及采用锚索作为辅助支护系统的支护技术，同时对煤柱留设的合理宽度进行数值计算分析，项目实施后对于白庄煤矿有效解决深部巷道支护问题具有重要意义，同时也为采区巷道保护煤柱的宽度留设提供了依据。该项目首先对白庄煤矿支护系统进行了评价，针对现有支护系统存在的问题，提出了支护系统设计的关键因素，利用有限元数值模拟方法确定了白庄煤矿工作面顺槽的锚杆应力分布状态及松散破碎区范围，按照支护系统设计的五个关键因素分别进行了模拟计算，得到了支护系统的合理工况点，同时通过数值计算技术得到了采区巷道合理保护煤柱宽度，为矿井的安全生产打下了基础。该成果在深入研究采区巷道符合顶板条件下围岩变形特点的基础上，研究、开发并成功应用高强扭矩应力锚杆支护技术，通过此技术提高了锚杆的安装应力，通过科学的数值计算技术，确定了合理锚杆支护系统参数和采区巷道的合理保护煤柱宽度，项目取得显著的应用效果。该课题针对白庄煤矿高地应力、大变形破碎顶板条件下工作面顺槽巷道支护问题，提出了高强锚杆配合W型钢带和钢带结构确保高安装应力和进行稳定表面控制的支护结构系统，对高强锚杆支护体系受力变形与巷道围岩变形的耦合关系进行深入研究，获得了支护系统与支护参数的设计关系，提出了放顶煤开采顺槽高应力、大变形条件下高预应力控制高强锚杆综合支护技术，以及应用于深部工作面复合顶板条件下的最佳支护系统；通过科学的数值计算技术确定采区的巷道的保护煤柱宽度，优化了巷道支护参数和保护煤柱宽度。经济效益：通过项目实施，提高了煤炭回采率，该支护技术可以降低巷道综合支护成本30％以上，提高掘进速度20％以上，基本取消了巷道返修，经济效益显著。社会效益：项目成功地为肥城矿区采区巷道软岩复合顶板巷道支护探索了一种切实可行的技术方法，为采区煤柱的留设奠定了基础，为我国煤矿采区巷道复合顶板支护探索了一种新的支护方法，有利于我国煤炭资源的开发利用。该技术已经邻近煤矿推广应用，社会效益显著。实践表明：该技术实现了“巷道支护效果最佳、支护成本最低、掘进效率最高，安全更可靠，保护煤柱宽度合理，煤炭回收率高”目标。