采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (4): 855-866.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0399

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特厚煤层掘进工作面空顶区自稳机理与高强低密快掘支护技术研究

韩磊1,陆银龙2,宋浩然2,唐芙蓉3   

  1. 1. 山煤国际能源集团股份有限公司,山西太原030006;2.中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州221116;3. 中国矿业大学材料与物理学院,江苏徐州221116
  • 出版日期:2026-07-15 发布日期:2026-07-21
  • 通讯作者: 陆银龙,E-mail: yinlong_lu@cumt.edu.cn,Tel: 15262026776
  • 作者简介:韩磊(1978— ),男,河北省秦皇岛市人,博士,正高级工程师,主要从事煤矿生产技术方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2023YFC2907601);国家自然科学基金项目(52274099)

Study on mechanism of self-stability states in unsupported roof areas and high-strength low-density support technology for rapid excavation of extra-thick coal seams

  • Online:2026-07-15 Published:2026-07-21

摘要: 特厚煤层掘进工作面空顶区自稳状态是决定支护强度与密度及巷道掘进效率的关键,但目前尚未形成完善的空顶区稳定状态评估方法。本文以山煤国际晋北矿区典型特厚煤层巷道掘进工程为背景,建立特厚煤层掘进工作面空顶区自稳模型,提出基于极限空顶距及自稳时间的空顶区自稳状态评估方法,探究特厚煤层巷道新型高强低密支护与常规低强高密支护的等效力学机制,优化新型快掘支护技术及工艺参数,并开展现场工程实践与效果验证。结果表明:掘进工作面极限空顶距取决于支护区与空顶区交界处顶板最大主应力及其抗拉强度;当空顶距离小于极限空顶距时,空顶区自稳时间随空顶距增大呈负幂函数关系迅速衰减,当空顶距离达到或超过极限空顶距时,空顶区自稳时间降为零;高强度锚杆有助于提升支护应力场的幅值,而增大锚杆间排距会削弱其应力场强度,锚索补强则可显著增大支护应力场的幅值和影响范围;在空顶区具有一定自稳时间条件下,通过合理选择锚杆强度、间排距及锚索布置方式,可实现高强低密支护与低强高密支护的等效控制效果;现场采用新型高强低密支护方式后,特厚煤层巷道围岩稳定性良好,相较于常规低强高密支护,掘进速度提高40%以上。

关键词: 特厚煤层, 空顶区自稳, 低密高效, 快速掘进, 围岩控制

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