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底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术
煤炭科学技术
网络首发时间:2023-12-20 13:02:50
70
作者
陈绍杰
刘江伟
李亚康
吕华
单位
山东科技大学能源与矿业工程学院
淮北矿业集团袁店一矿
摘要
为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。工作面产生的采动应力,容易通过底板岩层的传递造成底板巷道围岩应力升高,加剧了底板巷道的围岩变形,容易造成永久支护失效、顶板下沉、巷道底臌、两帮收敛等破坏。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂,在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网,形成压裂弱结构体,实现区域范围内的应力转移,从而降低巷道区域范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性的控制技术,并通过理论分析及现场工程验证等方式,揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制,建立了相应的力学模型,并对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出:(1)压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化,出现应力升高区和应力降低区,应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上,主要集中在一个拱形的范围内;由于膨胀效应,在于应力来源垂直的方向上产生应力集中,出现应力升高区。(2)最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴L、短轴H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大,损伤变量D对卸压效果影响最小。(3)采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103皮带集中巷的卸压方案,工程应用结果表明,底板动压巷道变形速率明显减缓,验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。
关键词
采动应力
弱结构体
水力压裂
卸压
切顶
文章目录
0引言
1底板动压巷道变形特征和失稳机制
1.1工程背景
1.2开采技术条件
1.3 深部底板巷道群变形特征和失稳机制
2深井底板动压巷道人工压裂应力转移控制原理
3深井底板动压巷道人工压裂应力转移的力学模型
4底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移影响因素
4.1压裂弱结构体长轴长度
4.2压裂弱结构体短轴长度
4.3到巷道的距离
4.4与巷道连线的水平夹角
4.5压裂弱结构体内摩擦角
4.6压裂层位强度
4.7损伤变量
4.8影响参数的敏感性分析
4.9水力压裂控制参数的计算方法
5水力压裂卸压方案及效果分析
5.1 理论计算
5.2水力压裂卸压方案
5.3观测结果对比及分析
6结论
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