[01593249]96m²超大断面软岩硐室底板变形控制技术

近年来，随着煤矿开采技术及采掘装备的发展，巷道或硐室断面不断加大。潞安矿区传统巷道断面主要以10-15m²为主，目前巷道断面已经达到20m²以上，一些大断面硐室达到50-70m²以上，最大硐室断面达到96m²。随着硐室断面的增大，硐室底鼓问题突出，大断面硐室底鼓控制已成为亟待解决的技术难题。王庄煤矿支架换装硐室主要用于起吊、组装、维护7.0m的大采高支架。该硐室掘进断面宽×高为9.8×10.8m，断面积96m²；硐室围岩多为泥岩、砂质泥岩等软弱围岩。由于初期支护未考虑底板控制，致使硐室底鼓量达到1000mm以上，顶板和两帮也出现了不同程度的破坏。为此，项目针对支架换装硐室底板变形控制难题，系统开展了超大断面硐室底板变形控制技术研究。主要技术内容：(1)建立了超大断面硐室围岩稳定性分析力学模型和数值计算模型，分析了硐室稳定性的影响因素和影响规律，揭示了超大断面硐室底板变形破坏机理。硐室断面增大，临界埋深减小，超大断面硐室埋深超过300m即出现严重变形破坏；硐室底鼓量、底板破坏深度与其断面积呈负指数关系，随着硐室断面增大，底板变形量及其破坏深度显著增大；顶板与两帮的破坏加剧了底板破坏，加大了底板变形控制难度。(2)提出了超大断面硐室圈层耦合底板变形控制原理及方法。顶板及两帮的分层耦合支护可有效控制顶、帮的变形破坏，并有助于减轻底鼓；增大底板控制深度、改善围岩力学性能可显著减小底鼓，通过采用“顶板及两帮分层耦合支护”与“底板锚索群注浆加固”技术，形成“顶帮底联控”的耦合圈层，可有效控制底板的变形破坏。(3)研发了超大断面硐室圈层耦合底板变形控制技术，形成了“锚杆锚索分层耦合支护、分区注浆加固、底板锚索群注浆加固”技术体系，实现了支护结构与围岩力学特性的耦合，创新了底鼓控制方法，有效控制了96m²超大断面支架换装硐室底鼓，为大采高综采工作面的顺利投产提供了保障。(4)项目研究成果在王庄煤矿96m²支架换装硐室、66m²胶带机头硐室和山西煤炭进出口集团鑫顺煤矿86m²煤仓上部卸载硐室成功开展了应用，为煤矿安全生产以及大型机械装备的应用提供了保障，取得了显著的经济效益和社会效益。项目研究成果在《煤炭学报》、《采矿与安全工程学报》等核心期刊发表论文4篇，授权专利3项，并在第12次全国软岩工程与深部灾害控制学术会议上作了学术报告。经过中国煤炭工业协会鉴定，项目成果达到国际先进水平。近年来，随着采掘设备高度机械化、大型化，井下大断面巷道和硐室越来越多，项目研究成果具有广阔应用前景。