沿空留巷充填區域頂板穩定控制機理研究

《沿空留巷充填區域頂板穩定控制機理研究》是依託中國礦業大學，由柏建彪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：沿空留巷充填區域頂板穩定控制機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：柏建彪
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

沿空留巷充填區域頂板穩定至關重要，向下傳遞基本頂對巷旁充填體的載荷和旋轉變形、向上傳遞充填體對基本頂的支撐作用，在支架反覆支撐（加卸載）作用下，該區域頂板穩定性差，該區域頂板穩定狀況是綜采放頂煤、複合頂板等鬆軟破碎頂板沿空留巷能否成功的關鍵之一。本課題對沿空留巷充填區域頂板變形、穩定及控制機理開展研究，主要研究內容為：（1）建立加卸載作用下充填區域頂板穩定力學模型，揭示沿空留巷充填區域頂板變形、穩定機理；（2）研究充填區域頂板傳遞、承載作用機制，分析沿空留巷充填區域頂板穩定影響因素及影響規律，揭示沿空留巷充填區域頂板控制機理；（3）研究沿空留巷充填區域頂板穩定控制技術，為沿空留巷成功實施提供保障。

結題摘要

沿空留巷充填區域頂板穩定至關重要，向下傳遞基本頂對巷旁充填體的載荷和旋轉變形、向上傳遞充填體對基本頂的支撐作用，在支架反覆支撐（加卸載）作用下，該區域頂板穩定性差，該區域頂板穩定狀況是綜采放頂煤、複合頂板等鬆軟破碎頂板沿空留巷能否成功的關鍵之一。本課題綜合採用現場實測、實驗室試驗、理論分析、數值模擬、工業性試驗等方法，系統研究沿空留巷充填區域頂板變形、載荷傳遞、承載機制及穩定控制技術，主要研究成果為：（1）基於對沿空留巷充填區域頂板力學介質的評估，設計了頂板岩樣三軸卸荷試驗的應力路徑，採用多級軸壓多次屈服三軸卸圍壓試驗的方法測定了充填區域峰後損傷岩樣的卸荷力學參數，建立了考慮岩石峰後剪脹效應的沿空留巷充填區域頂板卸荷力學應變軟化模型，在FLAC3D中實現了考慮沿空留巷充填區域直接頂強度衰減和剪脹變形的數值計算。（2）採用彈性損傷力學和能量變分理論，推導了不同時期沿空留巷充填區域頂板垂直應力和水平應力表達式，研究得到了工作面液壓支架支撐護頂階段、無巷旁充填體支撐階段、巷旁充填體增阻支撐階段、巷旁充填體穩定支撐階段充填區域頂板垂直應力和水平應力分布特徵，同時給出了不同時期充填區域頂板拉應力作用範圍和水平錯動範圍的計算式，結果表明：隨著頂板迴轉下沉角的增加，充填區域頂板拉應力作用範圍逐漸減小，水平錯動範圍逐漸增大。揭示了沿空留巷充填區域頂板變形、穩定機理。（3）採用數值計算的方法，研究得到了巷旁充填體寬度、直接頂岩性、直接頂厚度與煤層厚度比值等因素對沿空留巷充填區域直接頂變形特徵影響規律；建立了沿空留巷巷旁支撐系統載荷傳遞作用力學模型和沿空留巷充填區域頂板承載力學模型，推導給出了沿空留巷充填區域頂板載荷傳遞能力計算式和沿空留巷充填區域直接頂承載能力計算式，得到了充填區域頂板載荷傳遞能力和承載能力影響因素和影響規律，揭示了沿空留巷充填區域頂板控制機理。（4）採用理論分析和數值計算的方法，研究了錨桿支護對充填區域頂板岩體剪脹變形的控制作用，並分析了沿空留巷充填區域直接頂和老頂離層變形的控制原理，開發了沿空留巷充填區域頂板分區域動態加固穩定控制技術。