综放工作面沿空留巷墩柱巷旁支护承载规律及失稳判据
刘子璐1
余伟健1
马占国2
李烨3
龚鹏2
王平1
吴根水1
1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 4112012.中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116;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 2211163.湖南科技大学土木工程学院,湖南 湘潭 411201
摘要：巷旁支护体与顶板接触面岩体的稳定是沿空留巷成功的关键,针对厚煤层综放工作面沿空留巷墩柱式巷旁支护体与巷内顶煤接触面失稳导致"冲顶、倒柱"难题,阐述了基本顶破断运移对下位煤岩顶板施载的几个主要阶段,建立了多跨非连续荷载作用下沿空留巷顶板力学分析模型,推导了墩柱在顶板深度方向引起的附加应力方程,揭示了墩柱巷旁支护体与顶板的应力传递机制,探讨了柱-顶接触面失稳模式,基于莫尔-库仑准则构建柱顶煤岩滑移模型,明确了影响柱-顶接触面顶煤稳定性的主控因素,开展了不同应变率下煤的力学性能指标试验,结果表明:柱顶区域煤体能量集度最高,并沿顶板深度方向逐渐降低;相邻墩柱跨中顶板浅表位置能量集度最低,并沿深度方向逐渐升高;柱-顶接触面边缘位置能量降梯度最大,是导致煤体畸变滑移的重要原因.当顶煤厚度、残余边界距离和施载宽度为定值时,柱-顶接触面临界荷载仅受顶煤体的黏聚力c,内摩擦角φ值影响.试验表明煤的c,φ值与应变率呈正相关,上覆岩层运移过程中动压施载持续时间越短,柱顶煤体表现出的极限承载能力越高.数值计算表明巷道顶板煤体的强化可提高柱-顶接触面煤体极限承载能力,并有助于相邻墩柱和顶板之间形成更稳定的力链骨架,降低墩柱"冲顶、倒柱"风险.结合王庄煤矿 91-101风巷实际工程地质条件,提出合理的支护参数和顶煤强化方案,避免了"冲顶、倒柱"发生,将围岩变形量控制在了合理范围.
关键词：综放工作面沿空留巷柱-顶接触面应力传递失稳判据
分类号：TD322(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52174076)国家自然科学基金(52474096)湖南省科技创新计划资助项目(2024RC1065)
论文发表日期：2025-05-30
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：19( 2394-2412 )
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