煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景.综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了 212回风石门应力演化规律,并提出了"卸-转-固"协同控制技术.研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳.巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中.当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏.基于此提出了"卸-转-固"协同控制技术.通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度.同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构.即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体.两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用.利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49％及47.67％,底鼓量降低了77.2％.而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重.由此可得,围岩控制效果显著.该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果.