近距离煤层中残留煤柱下方回采巷道围岩的破坏机制与控制技术

《Scientific Reports》：Failure mechanism and control technology for the surrounding rock of retreat roadways beneath remnant coal pillars in close-distance coal seams

　　

摘要

本研究以孙家沟煤矿的13,402号回风巷为工程背景，探讨了在紧密排列的煤层中，由于残留煤柱的影响，下层采掘巷道在非对称载荷和变形不稳定性作用下的围岩破坏及其控制机制。研究采用了理论分析、FLAC3D数值模拟、钻孔观测和现场工业试验相结合的方法，分析了残留煤柱-巷道底板-围岩系统中的应力传递、塑性区演变及围岩破坏特性。结果表明，当巷道布置在外侧偏移位置或直接位于煤柱下方时，巷道的稳定性得到改善。当煤柱宽度为25–30米且层间厚度不小于30米时，上层残留煤柱对下层巷道的扰动显著减弱。顶板裂缝主要发生在0–5米的范围内。基于这些发现，提出了一种优化的支护方案，包括协调使用长锚杆和短锚杆以及对巷道肋架进行针对性加固。现场测试表明，顶板、底板及两侧肋架的变形均被控制在4–5毫米以内。研究成果为受残留煤柱影响的紧密排列煤层中采掘巷道的布局和支护设计提供了理论依据和工程参考。