沿顶掘进沿底综放机巷变形的尺寸效应及支护技术研究OA

顾北煤矿14321工作面初始设计为综采,巷道沿顶布置。为提高采煤效率和防止透水事故,综采500 m后转为综放开采。为适应综放开采要求,原沿顶布置的巷道需通过卧底增加巷道高度,由此产生高帮巷道。巷道尺寸效应导致围岩应力分布和位移发生变化,易引发围岩结构失稳和支护失效等问题。以14321工作面机巷为工程背景,基于复变函数理论分析巷道高宽比与侧压系数对围岩应力场分布的影响,结合危险函数理论探讨巷道边界不同方位及岩性的围岩破裂危险性,采用FLAC^(3D)数值模拟研究巷道围岩位移演化和塑性区扩展规律。结果表明:巷道高宽比和侧压系数对围岩应力场分布具有显著影响,随着机巷高度增加,帮部围岩更易出现应力集中区;软弱煤帮与底角泥岩在高应力环境下存在较高的失稳破裂风险;高宽比增大加剧了围岩塑性区的扩展,卧底后帮部塑性区宽度增加31.8%,采动应力叠加后总扩展超过36.2%,其位移量达到原尺寸巷道的2倍以上。为此,提出以煤帮改性为基础的“锚注-喷浆”协同加固与卧底方案。现场监测结果表明,机巷注浆加固后围岩裂隙发育程度明显降低,位移量显著减小,稳定性得到有效控制。研究成果可为厚煤层沿顶掘进沿底综放回采巷道设计及支护提供参考。