再生顶板煤自燃漏风裂隙控制机理_中国煤炭行业知识服务平台

再生顶板煤自燃漏风裂隙控制机理

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煤炭学报

作者

鲁义陈健邵淑珍施式亮丁仰卫李亮
单位

湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室山东鲁泰控股集团有限公司鹿洼煤矿
摘要

再生顶板煤自燃是矿井火灾常见类型之一，其顶板裂隙漏风是导致遗留煤炭氧化自燃的关键原因。现阶段，对于再生顶板的支护方式仅从“强帮固顶”的角度出发，针对裂隙漏风的控制研究尚不完善，尤其缺乏在应力集中导致漏风裂隙演化扩展方面的研究。基于此，针对鹿洼煤矿2304工作面回风巷再生顶板，以弹性力学理论、临界破坏准则及广义胡克定律为基础，分别推导了各种措施下的应力集中系数与再生顶板围岩特性参数的关系，并利用再生顶板现场情况结合压溃实验与分形维数，阐明了各种措施下的再生顶板应力集中控制情况与裂隙演化规律研究。结果表明：岩石弹性模量对再生顶板的应力集中影响最为显著，且根据现场工况计算得出，使用锚杆支护时，最大应力集中系数为2.341，水泥浆胶结支护时，最大应力集中系数为1.563，纳米浆泡材料胶结支护时，最大应力集中系数为1.393；此外，利用压溃实验发现水泥材料胶结体的裂隙主要从中心向四周扩散，其横向纵向的裂隙数量均会持续增加，并逐渐贯通，而纳米浆泡材料仅会在原有裂隙基础上继续演化发育，当超过8MPa后，纳米浆泡材料胶结体的裂隙基本不再发育；分形维数计算结果表明，当压力小于5MPa时，纳米浆泡材料的多孔结构会使分形维数大于水泥材料胶结体；当压力大于5MPa时，尤其是超过抗压强度后，纳米浆泡材料胶结体的分形维数小于水泥浆胶结体，故裂隙扩展演化速率更加缓慢，有利于阻止再生顶板的裂隙漏风。
关键词

煤自燃漏风裂隙再生顶板应力集中系数纳米浆泡材料分形维数
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