大采高过联巷空顶-煤柱-支架耦合承载与控制分析

作     者：任晓鹏 辛亚军 杨俊鹏 REN Xiaopeng;XIN Yajun;YANG Junpeng

作者机构：辽宁工程技术大学研究生院辽宁阜新123000 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 北京天地华泰矿业管理股份有限公司北京100003 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2023年第40卷第2期

页      面：251-262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] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51374091,51674101) 深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室开放基金项目(SJF201801) 

主　　题：大采高过联巷 围岩变形特征 耦合力学模型 柔性充填材料 联合支护方案 

摘      要：大采高工作面过空巷覆岩运动复杂,空巷极易变形失稳,严重影响工作面推进速度。通过对大采高工作面过空巷围岩变形破坏特征及失稳原因分析,探讨工作面过空巷顶板稳定性影响因素,建立大采高工作面过联巷空顶-煤柱-支架耦合承载力学模型,确定大采高工作面过联巷煤基充填体强度、变形与最佳水灰比,提出大采高工作面过联巷空巷围岩控制技术,并进行现场工业性试验。结果表明:工作面过空巷表现为顶板大面积下沉、两帮垂直劈裂脱落,采动应力、浅埋薄基岩切落、支护作用失效与棚架非均匀受力是空巷失稳的主要原因;工作面过空巷顶板稳定性与空巷支护阻力、煤柱承载载荷及支架载荷密切相关,煤柱承载能力与煤柱宽度呈线性关系,确定空巷顶板最小支护强度为3.3469 MPa。随着膏浆体(15%水泥)水灰比增加,膏浆体流动度、析水率、初终凝时间呈增加的趋势;单轴抗压强度与峰值应变整体表现为减小的趋势,且线性特征明显。水灰比0.6(10 d)为最佳膏浆体,单轴抗压强度为1.10 MPa,峰值应变为1.088%。随着时间增加,膏浆体强度在30 d达到3.7 MPa,提前充填有利于空巷稳定。采用空巷挑顶扩巷-锚索补强与膏浆体柔性充填技术方案后,工作面过空巷支架工作面阻力均值为预警值的73.04%,顶板未出现大面积来压,促进了大采高工作面快速推进。