深部沿空巷道巷旁支护失稳机制与降能控制方法

作     者：刘学生 李学斌 谭云亮 范德源 倪萍 解成成 宋虎 LIU Xuesheng;LI Xuebin;TAN Yunliang;FAN Deyuan;NI Ping;XIE Chengcheng;SONG Hu

作者机构：山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制重点实验室山东青岛266590 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第S02期

页      面：485-500页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52074168) 山东省泰山学者攀登计划资助项目(tspd20210313) 山东省优青资助项目(ZR2022YQ49) 

主　　题：深部 沿空巷道 侧向基本顶 巷旁支护体 能量判据 降能控制 

摘      要：侧向基本顶断裂下沉引起的巷旁支护体能量积聚及其突发释放是导致深部沿空巷道围岩失稳破坏的根源之一。以山东泰安孙村煤矿千米埋深工作面开采为工程背景,利用UDEC离散元数值模拟软件获得了实际工程条件下沿空巷道围岩能量演化规律,以及巷旁支护体宽度、侧向基本顶厚度和断裂长度等因素对沿空巷道围岩能量演化规律影响特征。在此基础上,基于顶板横向断裂边缘的弧形三角板结构,建立了沿空巷道侧向顶板结构力学模型,分析了不同采动阶段巷旁支护体的力学状态,揭示了侧向基本顶断裂下沉引起支护体动力失稳机理,获得了支护体发生动力失稳的能量判据N,并以此为指标提出了“降低外部冲击能量+改变内部承载性能的巷旁支护体稳定性降能控制方法。当N≥1时,支护体内积聚的弹性变形能与侧向基本顶断裂所带来的新增变形能之和大于支护体完全破碎需要消耗的能量,支护体内部弹性能积聚较大,自承载能力发挥不足,支护体将发生动力失稳;反之,当N1时,支护体不会发生动力失稳现象。现场实践表明,所建立的动力失稳能量判据与实际结果相吻合,采用降能控制方法后,沿空巷道顶底板移近量、两帮移近量最大值分别114和123 mm,锚索受力相对值最终稳定为50 kN左右,巷旁充填体冲击破坏现象基本消除,稳定性明显提高,控制效果显著。