砌体梁结构下空巷围岩动态稳定机理及控制
张栋1
郭永红1
柏建彪2
田志军1
张自政3
王瑞4
付豪1
刘帅刚3
邓敏1
朱前程1
吴文达5
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏 徐州 2111162.中国矿业大学矿业工程学院,江苏 徐州 211116;新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室,新疆 乌鲁木齐 8300233.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南 湘潭 4112014.新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室,新疆 乌鲁木齐 8300235.太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024
摘要：空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区,严重制约工作面安全高效回采.采用现场调研、理论分析、工程实践的综合研究手段,梳理了盛平煤矿 2216煤柱回收工作面研究现场空巷渐变失稳特征.基于砌体梁理论,建立考虑采空区矸石及直接顶动态压缩承载的空巷顶板结构力学模型,推导顶板砌体梁结构动态稳定的临界判据,并分析其形成机制及影响因素.基于直接顶变形压力传递特性,推导了泵送支柱承担载荷理论解析方程,分析泵送支柱受载响应机制及耦合承载系数演化特征.提出了"水压致裂顶板结构调控+高水材料泵送支柱非对称加固"控制技术并在研究现场成功应用.结果表明:工作面向空巷推进过程中,维持砌体梁结构弯矩平衡所需的直接顶压缩量δ呈现先减小后增大的趋势;减小关键块体B的长度l、直接顶损伤变量D或增大直接顶等效厚度hz、直接顶初始弹性模量Er能够促使砌体梁结构回转失稳临界位置向铰接点O1 附近转移,降低工作面与空巷贯通期间顶板结构失稳风险;减小l、空巷宽度b及泵送支柱间距s等能够提高泵送支柱系统的耦合承载系数ζ.工作面过空巷期间,支架最大工作阻力平均为31.27 MPa,安全阀开启频率为 4.67%～25.07%,未发生支架压死事故;工作面与空巷贯通时,空巷顶底板移近量最大为 341 mm,泵送支柱应力最大为 8.15 MPa(8号空巷)、10.31 MPa(9号空巷),耦合承载系数ζ最大提升至 0.998(8号空巷)、0.993(9号空巷).采取提出的控制措施有效确保了煤柱回收工作面安全高效开采.
关键词：空巷砌体梁顶板结构泵送支柱耦合承载
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U21A20107)新疆自治区重点研发任务专项—厅厅联动资助项目(2022B01051)新疆自治区天池英才创新领军人才资助项目(2024XGYTCYC03)
论文发表日期：2025-09-27
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 4277-4293 )
英文信息