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作者
高永格徐振铭洛锋陈振王鹏李盟高帅何团
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单位
河北工程大学矿业与测绘工程学院河北省煤炭矿井建设技术创新中心邯郸市深部巷道围岩控制及灾害防治重点实验室中国煤炭工业协会煤炭科学研究总院有限公司
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摘要
为获得高偏应力巷道围岩拉剪破裂特征并提出优化支护方案,以山西某矿孤岛工作面为背景,采用理论分析、数值模拟、相似模拟相结合的研究手段,分析了高偏应力条件下巷道围岩拉剪破裂分布特征及演化规律,揭示了托顶煤巷道围岩拉剪破裂机制,提出了高偏应力条件下巷道围岩沿掘进方向的全长分区控制方法。研究结果表明:(1)当侧压系数λ为0.60时,巷道围岩两帮呈“楔形”破坏,顶底出现明显卸荷并在巷道围岩四角点处产生应力集中;侧压系数λ逐渐减小至0.24的过程中,巷道围岩以两帮破坏为基础,在剪切应力作用下“蝶叶”逐渐发育,并最终形成蝶形破裂。(2)开挖破坏区围岩的浅部存在拉剪混合破裂区域,以张拉破裂为主;围岩深部为剪切破裂。围岩破裂演化过程可划分为3个阶段,分别为环自由面的自身破坏阶段、“蝶叶”孕育扩展阶段和“蝶叶”扩展稳定阶段。(3)定义了基于巷道全长分区的应力阈值,提出了掘进巷道全长分区支护方法,可为后续采煤工作面巷道的差异化支护提供理论参考。
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关键词
高偏应力拉剪破裂托顶煤巷道分区支护
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基金项目(Foundation)
国家自然科学基金资助项目(51804093);河北省三三三人才工程资助项目(C20221027);河北省引进留学人员资助项目(C20220310);河北省高等学校青年拔尖人才资助项目(BJ2019021);河北省研究生创新能力培养资助项目(CXZZSS2024105,CXZZSS2023118);
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文章目录
1 工程概况
2 数值模型建立及参数设定
2.1 高偏应力环境形成机制
2.2 巷道离散单元法模型
2.3 参数设定
3 不同侧压系数下巷道围岩破裂演化特征
3.1 巷道围岩拉剪破裂特征
3.2 最大主应力演化过程
4 巷道围岩拉剪破裂演化特征
4.1 巷道围岩拉剪破裂演化过程
4.2 巷道围岩拉剪破裂相似模拟试验
4.2.1 相似模拟试验原理
4.2.2 巷道围岩破裂特征
4.3 巷道围岩拉剪破裂分阶段特征
(1)环自由面的自身破坏阶段:
(2) “蝶叶”孕育扩展阶段:
(3) “蝶叶”扩展稳定阶段:
5 巷道围岩稳定性控制
5.1 围岩拉剪破裂可控区域的支护
5.2 围岩拉剪破裂严重区域的支护
6 结 论
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DOI
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引用格式
[1]高永格,徐振铭,洛锋,等.高偏应力煤巷围岩拉剪破裂特征及分区控制方法研究[J].采矿与岩层控制工程学报,2024,6(04):66-79.
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