采矿与安全工程学报 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (3): 467-479.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0132

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不同煤柱尺寸条件下采动巷道层状底板稳定性分析与控制对策

朱晔,杨科,李永亮,李炜煜,孙昊   

  1. 1. 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南232001; 2. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京100083; 3. 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿,宁夏灵武751400
  • 出版日期:2023-05-15 发布日期:2023-06-05
  • 通讯作者: 朱晔,E-mail: zhuye0421@163.com Tel: 17610377299
  • 作者简介:朱晔(1993— ),男,河南省周口市人,博士,讲师,从事地下工程围岩控制等方面的研究。
  • 基金资助:
    安徽理工大学高层次引进人才科研启动基金项目(2021yjrc39);国家自然科学基金项目(52204122);深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室开放基金项目(SKLMRDPC21KF14)

Stability analysis and control strategy of layered floor of mining roadway under different coal pillar size

  • Online:2023-05-15 Published:2023-06-05

摘要: 煤柱尺寸对采动巷道层状底板的应力环境造成显著影响,以梅花井矿辅助运输巷为工程背景,综合采用现场调研、理论分析、数值计算和现场试验等研究方法,分析不同应力环境下层状底板的稳定性,并基于具体的工程实例提出针对性的控制对策。研究表明:在采动应力场的影响下,辅助运输巷两侧底板的应力环境存在差异,应力环境的差异性造成巷道两侧底板变形破坏的差异性。以横观各向同性体表征底板的层状特性,建立巷道底板力学计算模型,推导获得采动影响下底板任一点的应力表达式,得到煤柱的尺寸效应对底板应力环境的影响。基于摩尔-库仑准则构造层状底板破坏判据,获得不同煤柱尺寸条件下底板的破坏形态。窄小煤柱条件下,层状底板赋存于非对称应力环境,其破坏形态呈非对称马鞍形分布。煤柱尺寸增大到一定程度后,底板两侧围岩应力的差异性减小,底板破坏形态逐渐呈对称式分布。为了实现回采巷道围岩的精细化控制,支护方案应能够适应围岩应力环境的变化。根据煤柱尺寸的不同,基于围岩控制对策,提出差异化支护与对称式支护相结合的巷道围岩控制技术。数值计算和现场工程应用的结果表明,支护系统能够很好地适应围岩不同的应力环境,与围岩形成协同承载体系,支护效果良好。

关键词: 采动影响, 层状底板, 煤柱, 应力环境, 差异化支护, 对称式支护

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