采矿与安全工程学报 ›› 2020, Vol. 37 ›› Issue (5): 951-959.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2020.05.011

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坚硬顶板破断冲击机理及支架与围岩“收敛-约束”耦合机制研究

宋高峰,王振伟,钟晓勇   

  1. 1.北方工业大学土木工程学院,北京 100144;2.呼伦贝尔东明矿业有限责任公司,内蒙古 呼伦贝尔 021506
  • 出版日期:2020-09-15 发布日期:2020-10-07
  • 作者简介:宋高峰(1989— ),男,河南省济源市人,博士,讲师,从事矿山压力与岩层控制方面的研究。 E-mail:song.gaofeng@ncut.edu.cn Tel:010-88803280
  • 基金资助:
    北京市自然科学基金项目(2204080);国家自然科学基金项目(51974320,51904082,51774184);北京市教委科技计划一般项目(KM202010009001);北方工业大学毓优团队/青年毓优项目(107051360019XN134/17,107051360019XN134/20)

Dynamic impact mechanism of hard roof strata and coupling mechanism of “constrain-convergence” between support and surrounding rock

  • Online:2020-09-15 Published:2020-10-07

摘要: 为研究坚硬顶板动力破断下支架与围岩的冲击响应,建立了基本顶架前破断动载冲击力学模型,开展了顶板冲击效应及煤壁稳定性三维相似模拟试验。研究结果表明:1) 支架初始增阻期间,顶板平缓下沉,下沉量为5.5 mm;煤壁变形不明显。2) 支架“横阻”期间,顶板阶梯式下沉,下沉梯度达3.9 mm;煤壁裂隙发育且屈曲明显。3) 随着支架阻力的增阻和屈服,顶板对应地平稳变形和剧烈下沉,支架和围岩“收敛-约束”耦合特性明显。4) 试验结束时,顶板最大下沉量为42.7 mm;煤壁发生大面积片帮,煤壁上部和中部水平位移分别为0.60和0.35 mm。5) 当煤壁刚度较大或直接顶较软弱时,有助于缓解支架阻力;支架刚度与支架阻力呈正相关,提高支架刚度有利于降低煤壁压力和控制基本顶回转。

关键词: 坚硬顶板, 冲击机理, 煤壁片帮, “收敛-约束”耦合, 初撑力

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