采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (3): 510-520.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0343

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深井厚煤层多分层充填体-围岩协同承载机理

常庆粮1,高乐2,范建国2,张彪1,孙聪3,胡盼3   

  1. 1. 中国矿业大学矿业工程学院,深部煤炭资源开采教育部重点实验室,江苏 徐州 221116;
    2. 山东能源集团有限公司,山东 济南 250098; 3. 枣庄矿业集团有限责任公司,山东 枣庄 277000
  • 出版日期:2025-05-15 发布日期:2025-05-20
  • 通讯作者: 张彪,E-mail:18342833697@163.com,Tel:19851623200
  • 作者简介:常庆粮(1980— ),男,安徽省濉溪县人,教授,博士,博士后,主要从事矿山压力与围岩控制、绿色采矿方面的研究。
  • 基金资助:
    地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项(2024ZD1004203);国家自然科学基金项目(52174130)

Collaborative load-bearing mechanism between the filling body and the surrounding rock in multi-layer mining of thick coal seams in deep mines

  • Online:2025-05-15 Published:2025-05-20

摘要: 针对千米深井“三下”特厚煤层安全开采问题,采用理论分析、模拟分析和工程实测相结合的方法,构建了顶板动态非均匀组合弹性地基梁力学模型,探究了各分层开采顶板覆岩及充填体移动变形特征与围岩应力演化规律,揭示了深井厚煤层多分层充填体围岩协同承载机理。结果表明:膏体充填开采各分层顶板挠度呈对称分布,挠曲线中部出现明显的“平底”形态,顶板峰值正弯矩在支架后方待充区,峰值负弯矩在前方煤体,两者随上向分层开采逐渐增加;上向分层充填开采顶板重复扰动,下分层充填后顶板下沉量稳定值为上分层开采的起始值;下分层、中分层、上分层充填体压缩量分别为100,340,250 mm;下分层充填后边界煤柱的超前支承压力峰值与中分层、上分层的峰值叠加,使其超前支承压力峰值出现温和异常值;充填面推进距离相同,下分层工作面前方出现了明显的应力集中现象,应力逐渐转移至下分层工作面边界煤柱,且工作面应力增高区和降低区的范围逐渐增大;下分层充填工作面支架工作阻力未出现周期性的波动,支架后方7.0 m的顶板下沉趋于稳定,最大下沉为280 mm,充填体压缩率为2.3%左右,充填体支撑效果良好。

关键词: 深井特厚煤层, 水平分层, 膏体充填, 弹性地基梁理论, 数值模拟

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