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2021年第04期
2021-05-17
69

采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究

  • 作者:

    赵善坤
    赵阳
    王春来
    王寅
    陈增
  • 关键词:

    采动巷道
    冲击地压
    区段煤柱
    高低位厚硬岩层
    破断模拟试验
  • 作者单位:

    煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室
    煤炭科学技术研究院有限公司 矿山安全技术研究分院
    中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院

摘要

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摘要:

陕蒙地区冲击地压显现大多发生在二次采掘扰动影响下,煤层上方厚硬岩层结构破断诱发工作面采场附近动压显现已成为煤矿生产中重大安全隐患。为阐明采动巷道上覆高低位厚硬岩层破断对区段煤柱受力以及巷道围岩稳定性的影响,建立高低位厚硬岩层破断结构的力学模型,得到破断扰动影响下区段煤柱结构变形特征及应力分布特征,以巴彦高勒煤矿11盘区煤样试样为研究对象,利用自行设计的高位岩层模拟加载装置,借助非接触式全场应变测量系统的数字散斑相关分析方法,对高低位厚硬岩层在区段煤柱上方不同破断位置组合下区段煤柱及低位岩层的应力变形特征进行了试验研究。分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制,建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中,高低位厚硬岩层不同的破断位置组合,对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。区段煤柱整体结构稳定性与破断点位置密切相关,煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。随着破断点远离区段煤柱,区段煤柱受力由压剪逐渐转化为采空区煤顶传递的压弯作用。高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响低位顶板的破断情况,当低位破断点处于高位破断点以内,低位顶板随高位顶板破断1次,反之则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。随着高位顶板的破断,采动巷道及煤柱上覆岩层应力减小,区段煤柱稳定性下降,冲击地压风险增大。试验研究为陕蒙地区深部厚硬顶板条件下采动巷道动力灾害防治和区段煤柱设计优化提供了参考。

  • 破断位置H、L与破坏载荷间的关系
  • 方案4散斑图像
  • 方案3散斑图像
  • 方案2散斑图像
  • 方案1散斑图像
  • 应变演化情况(以A1测点1为例)
  • 非接触式全场应变测量系统MatchID-3DHR散斑试验装置
  • 采动巷道上覆多厚硬岩层侧向破断方案4种试验方案示意
  • 厚硬岩层破断回转试验简化模型
  • 试验加载装置
  • 煤样应变测点示意
  • 版型岩样加工方法示意
  • 试验煤样(编号为A1-A8)
赵善坤,赵阳,王春来,等.采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究[J].煤炭科学技术,2021,49(4):111-120.doi:10.13199/j.cnki.cst.2021.04.014 ZHAO Shankun, ZHAO Yang, WANG Chunlai,et al.Experimental study on fracture mode of lateral high and low thick and hard roof in mining roadway[J].Coal Science and Technology,2021,49(4):111-120.doi:10.13199/j.cnki.cst.2021.04.014

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