临空巷道坚硬顶板水力割缝-压裂联合控顶卸压技术
张永将1
季飞1
赵同彬2
杨科3
武文宾1
江万刚1
1.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400037;煤矿灾害防控全国重点实验室,重庆 4000372.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665903.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001
摘要：煤矿坚硬顶板工作面回采后易形成侧向悬臂梁结构,导致回采动压和侧向悬顶岩层引起的高静压叠加并通过关键层传递至采动大巷,造成邻近工作面回采巷道围岩结构失稳大变形.为改造顶板岩体结构、调整坚硬岩层破断运移规律,进而控制临空巷道强矿压显现,笔者在分析采动巷道矿压分布规律的基础上,采用数值模拟手段研究了坚硬顶板下临空巷道支承压力分布情况,探究了不同切顶参数条件下围岩结构传递载荷机理,提出了磨料射流水力割缝-压裂联合切顶卸压方法.研究结果表明,临空巷道矿压显现是动静载共同作用的结果,主要表现为回采引起的高采动压力及临空巷道侧向悬顶静载压力叠加作用下,经巷道两侧极限平衡区内围岩传递至底板,进而在底板产生大范围塑性变形.通过磨料射流水力割缝技术在坚硬顶板内预置缝槽,可为水力压裂裂纹扩展起导向作用,并导通岩体内原有裂隙增加水力压裂裂纹影响范围,在坚硬顶板中形成连续弱面达到削弱顶板应力传递目的,割缝深度与割缝压力和混砂比呈正相关.顶板岩层在垮落过程中会相互作用,破断角度及高度改变会导致破断岩体的下滑速度改变并对高位岩层的支撑力产生显著差别,破断角度在 66°～86°,破断处岩层所受到的拉应力随破断角度减小呈升高趋势,且随着破断高度的增加拉应力升高速率越快;破断高度范围为 26～56 m时,破断处岩层拉应力高于极限抗拉强度所允许的破断角度随着破断高度的增加而升高;依据上述研究在华阳一矿 81403工作面开展了工业性试验,以支护结构载荷和围岩变形量为指标的现场监测结果表明,通过水力割缝-压裂联合控顶卸压后巷道顶板锚索受力降低 35%,巷帮应力降低 44%,巷道顶底板移近量减小 57%,巷道两帮移近量减小 42%,卸压效果良好,研究成果可为坚硬顶板条件下临空巷道矿压治理提供一种新技术手段.
关键词：坚硬顶板临空巷道磨料射流水力割缝-水力压裂联合切顶卸压
分类号：TD327.2(矿山压力与支护)
资助基金：天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2021-2-TD-ZD008)国家自然科学基金(U21A20110)国家重点实验室开放基金(SKLMRDPC20KF01)
论文发表日期：2024-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 4739-4751 )
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