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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
薄分层软顶间隔柔模承载解析与快速留巷技术
  • 作者

    辛亚军杨俊鹏陈祖国王晓鹏任金武吴春浩

  • 单位

    河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心永贵能源开发有限责任公司新田煤矿河南能源集团永华能源有限公司

  • 摘要
    薄分层软顶回采工作面常规连续柔模留巷方式留巷速度慢、支护成本高,难以实现采留平衡与围岩稳定。通过对薄分层软顶沿空留巷围岩变形破坏特征与失稳原因分析,探讨薄分层软顶巷道力学变形机制与转化对策,建立薄分层软顶沿空留巷顶板稳定性力学模型,研究不同粉煤灰替代率与柔模充填材料强度、应变及弹性模量的关系,确定柔性充填材料粉煤灰最佳替代率,开发适于留巷充填的新型粉煤灰基充填材料,提出密集切顶-间隔柔模快速留巷围岩控制技术,并进行现场工业性试验。结果表明:U型钢柱腿沿空留巷段顶板破碎变形呈倾斜式整体下沉,帮部呈非均匀移动变形,煤帮整体移动剧烈,底鼓量大,整体断面收缩率达到46.43%;巷道围岩应力叠加、薄分层顶板胶结差与切顶强扰动是沿空留巷围岩失稳的主要原因;沿空留巷顶板稳定性与柔模墙体承载能力密切相关,控比系数与富余系数越大,柔模墙体支护强度要求越大,计算得到沿空留巷连续柔模墙体最小支护阻力为11.74MN;随着粉煤灰替代率增加,充填体强度呈先增加后降低趋势,峰值应变与弹性模量分别呈增加与降低趋势,最佳充填材料粉煤灰替代率为30%(FS30组),其28d单轴抗压强度为25.98MPa,峰值应变为1.38%;新田煤矿薄分层软顶沿空留巷围岩为膨胀-高应力-节理化(HJS)复合型软岩,控制对策力学转化机制为ⅠCⅡABⅢBCD→ⅡABⅢBCD→ⅡBⅢBCD→ⅡB;提出薄分层软顶超前段密集切顶-留巷段间隔柔模快速留巷技术,理论计算确定柔模墙体合理间隔为1 200mm,采用设计控制方案后,柔模墙体承载富余,顶板围岩破碎区发展6.35%,巷道断面收缩率小于15%,围岩控制效果显著。
  • 关键词

    薄分层软顶沿空留巷失稳特征间隔柔模力学模型快速留巷

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金项目(51374091,51674101);河南省重点研发与推广专项(科技攻关)项目(232102321132,232102320253);
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