52607工作面接近断层保护煤柱时的围岩稳定性与工程处理措施

《Scientific Reports》：Surrounding rock stability and engineering practice of the 52607 working face approaching a fault-protected coal pillar

　　

摘要

为明确掘进面接近断层保护煤柱时围岩的不稳定行为及其控制效果，本研究采用原位应力测量、理论分析、三维数值模拟和现场监测相结合的方法，研究了不同保护煤柱宽度条件下围岩的位移响应、塑性区演化以及现有支护系统的适用性。结果表明，研究区的原位应力场属于以水平构造应力为主的II型应力场。断层引起的结构弱化与保护煤柱中的应力集中效应相互叠加，显著加剧了围岩的变形和塑性破坏，且围岩稳定性对保护煤柱宽度极为敏感。在断层倾角为54°至70°范围内，选择了10米、20米、30米和40米四种具有代表性的保护煤柱宽度进行理论分析和数值模拟。研究显示，随着保护煤柱宽度的减小，围岩的位移响应和塑性区发育呈现明显的带状特征。尤其是当保护煤柱宽度降至10–20米时，断层引起的扰动对顶板变形、肋部收敛以及塑性区扩展的影响更为显著；而当保护煤柱宽度增至30–40米时，断层扰动效应则明显减弱。数值模拟结果进一步表明，当保护煤柱宽度小于20米时，煤柱的塑性区会显著扩大，其稳定性也会大幅下降。现场监测结果与数值模拟结果基本一致，说明现有的锚网索支护系统能够有效控制断层附近巷道围岩的变形。这些研究成果可为断层保护煤柱区域巷道的稳定性分析及支护设计提供依据。