高应力软岩下沿空掘巷煤柱优化与综合围岩控制策略

该研究针对某矿在高应力软岩条件下的巷道变形严重和支护难题，采用了理论计算、数值模拟和现场实测相结合的方法。首先，研究者采用了错层位的沿空掘巷巷道布置方式，这种布局可以有效地分散和降低巷道周边岩体的压力，减少了应力集中。通过建立三个铰接岩块间的力学模型，研究人员精确计算了作用在煤柱上的应力，发现其应力值高达55.71 MPa，同时确定了应力集中系数，分别为煤层垂向应力集中系数分量4.33和倾向应力集中系数分量1.57。 接下来，他们构建了缓斜中厚煤层采空实体煤侧的力学模型，利用理论推导和计算得出极限平衡区宽度，这个宽度是决定巷道安全稳定的关键参数，最终确定为11.35米。在这个基础上，研究者确定了煤柱的最佳宽度为5米，这有助于保持巷道的稳定性和减少对围岩的冲击。 在支护技术方面，提出了“相邻巷道联合支护技术和非对称控制技术”的综合围岩控制策略。通过数值模拟，对比了错层位综合围岩控制技术与传统支护方式的效果。结果显示，采用综合围岩控制技术，如错层位布置，1218回风巷的顶板垂直应力超过了原岩应力，可以承受部分上覆岩层重量，避免了传统支护下顶板过于破碎和无法承载的情况。同时，传统支护方式下，右帮的应力低于原岩应力，表明围岩稳定性较差，容易出现破碎。 对比两种支护方式，综合围岩控制技术显著提高了围岩的强度和抗破坏能力。在实际应用中，巷道掘进75天后，监测数据显示围岩变形得到了明显减缓，顶板的最大下沉量、底鼓量和煤柱帮侧及实体煤帮侧的内移量都有所减少，证明了该技术的有效性。 这项研究通过科学的理论分析和实践验证，提出了一种在高应力软岩条件下实现巷道稳定和围岩控制的有效策略，对于优化煤矿开采过程中的巷道设计和支护技术具有重要的指导意义。