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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

深部沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏特征及控制研究

2024-10-14



(1)预制了不同软弱夹层层厚、层数和层位的组合体试件,研究了软弱夹层对组合体试件力学参数和破坏的劣化影响。

(2)采用数值模拟方法获得了高偏应力条件下沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏及非协调变形特征,揭示了含软弱夹层顶板沿空掘巷围岩失稳原因。

(3)推导了顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的巷道顶板离层解析式,提出了含软弱夹层顶板沿空掘巷控制原理。

题 目



深部沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏特征及控制研究

作 者



常聚才1,2,郭钇君1,2,吴博文1,2,史文豹1,2,齐潮1,2,王宏达1,2

单 位



1. 安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室

2. 安徽理工大学 矿业工程学院



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摘   要



含软弱夹层顶板对深部沿空掘巷稳定性具有重要影响,为有效控制深部高偏应力沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏,基于含软弱夹层组合体试件力学试验及受采动影响下沿空掘巷数值模拟试验,获得了软弱夹层层厚、层数和层位对顶板的影响以及偏应力条件下含软弱夹层顶板离层演化规律,阐释了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳主要原因,结合顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的悬臂梁力学模型,对含软弱夹层顶板控制要点进行分析,进而提出离层控制方法。结果表明:随着软弱夹层厚度和层数增加,对组合体力学特性劣化影响逐渐变大,软弱夹层位于低位时对组合体试件的劣化影响强于高位,组合体试件破裂均由软弱夹层产生,并随着层厚、层数和层位的不同呈现差异化破裂发育特征。沿空掘巷后主剪切破裂带由顶板左肩角产生并与软弱夹层邻近岩层破裂区相互连接,导致软弱夹层离层严重,主剪切破裂带发育形态和顶板非协调变形程度随主应力偏转角度以及软弱夹层层厚、层数和层位变化,揭示了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳机理。推导了顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的巷道顶板离层解析式,发现软弱夹层在锚固区内的离层量比在锚固区外减少79%,离层大小各主控因素影响程度及其控制优化顺序依次为煤柱支撑载荷—顶板支护载荷—顶板弹性模量。针对深部沿空掘巷含软弱夹层顶板的离层规律和控制要点,提出了“提高煤柱承载能力、减少顶板裂隙发育、增加软弱夹层顶板变形协调性”的离层联合控制方法。现场离层监测显示顶板最大离层量为10 mm,表明该方法能有效控制含软弱夹层顶板离层。










作者简介





    
常聚才

教授

博士生导师


常聚才,男,1979年6月生,山东临沂人,二级教授,博士生导师,全国煤炭教育工作先进个人,“安徽省青年五四奖章”获得者,“全国煤炭青年科技奖”获得者,“安徽省青年科技奖”获得者,安徽省学术和技术带头人。

研究方向



矿山压力与岩层控制、巷道围岩控制技术、煤炭安全智能开采

主要成果



研究煤矿深井开采围岩控制理论与技术,提出了控制围岩最小变形的时空耦合支护方法,开发了底板超挖锚注回填与锚网索注整体加固支护成套技术,有效控制深井巷道松软围岩失稳;研发并实施了深井强采动巷道全长树脂锚固支护及采场高位主控岩层弱化卸压一体化控制技术;针对区段巷道维护困难、煤炭资源回收率低、采场接替困难等问题,提出并实施了一种新型的无煤柱护巷技术-原巷充填无煤柱掘巷技术;积极攻关难采煤层智能精准开采关键技术与装备,推动复杂条件煤层智能开采应用。研究成果成功应用于淮南、淮北、皖北等矿区合计10余对矿井巷道围岩稳定性及灾害控制技术的研究,极大促进了深部复杂条件煤层安全开采理论与技术的进步和发展,取得了显著经济社会效益。

引用格式




常聚才,郭钇君,吴博文,等. 深部沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏特征及控制研究[J]. 煤炭科学技术,2024,52(9):88−102.

CHANG Jucai,GUO Yijun,WU Bowen,et al. Study on failure characteristics and control of roof separation with weak interlayer of deep gob-side entry driving[J]. Coal Science and Technology,2024,52(9):88−102.

  责任编辑:宫在芹
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