苗凯军：深部厚硬顶板下充填面留巷大变形分析及控制|中国矿业大学|能源|顶板

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　　创

　　新点

　　分析了深部厚硬顶板下充填沿空留巷大变形的原因，建立了充填开采沿空留巷结构力学模型，提出了以加强留巷侧充填为主的留巷大变形控制对策。

　　作者

　　苗凯军

　　1,2

　　，屠世浩

　　1,2

　　，刘迅

　　1,2

　　，纪欣卓

　　1,2

　　单位

　　1. 中国矿业大学矿业工程学院；2. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

　　研究背景

　　沿空留巷作为一种无煤柱开采技术具有许多优点,可提高煤炭采出率、降低矿井掘进率、实现Y型通风解决瓦斯问题等。目前,该技术在条件较好的薄及中厚煤层中已日渐发展成熟,但在深部和坚硬顶板等复杂条件下因矿压显现剧烈和强烈的开采扰动导致留巷围岩发生大变形,以致于留巷技术在深部难以推广。近年来应国家对矿山绿色开采的要求,固体充填开采技术得到了迅速的发展和推广。凭借其较好的岩层控制效果和缓和的矿压条件,有利于克服深部、坚硬顶板等复杂条件下沿空留巷无煤柱开采的技术难题。对此,许多学者对充填开采条件下的沿空留巷技术进行了大量的研究和实践。

　　摘要

　　为控制深部充填开采的沿空留巷大变形,以山东某采选充一体化矿井充填工作面留巷为工程背景。综合运用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,分析了沿空留巷大变形的影响因素,建立了厚硬顶板下充填开采沿空留巷结构力学模型,结合等价采高原理得出了厚硬顶板充填面充实率与留巷顶板下沉量之间的关系,并据此提出了留巷大变形的控制对策:优先加强留巷侧采空区充填;提高矸石墙强度;优化矸石墙支护参数。

　　采用FLAC3D软件计算分析了在不同的采空区充实率、留巷侧加强充填段长度、矸石墙强度、矸石墙支护让压距离下的巷道变形控制效果。选取不同工程条件下的留巷区域进行巷道位移观测,实测结果表明,在充实率较高的留巷区域,采取合理的让压支护方式可有效控制留巷围岩大变形。

　　研究结果表明,充实率较高的情况下,厚硬顶板整体向采空区侧发生回转,实测顶板下沉量与所建留巷结构力学模型计算结果较为吻合;充实率是影响留巷大变形的主要因素,随着采空区充实率增大,采场的矿压显现强度明显弱化,留巷顶板的下沉量明显减小;采取适当的留巷侧加强充填措施,可在充填矸石量不足的情况下,有效控制留巷顶板下沉;提高矸石墙强度、选择合理的矸石墙支护让压参数可以有效控制矸石墙的侧向大变形。尚需开发高强度、低成本、易施工的混凝土材料作为巷旁支护体,研究工作面单侧加强充填的矸石物流、工作面设备配套问题。

　　部分图片

　　留巷侧端头支护

　　厚硬顶板下充填开采沿空留巷结构力学模型

　　顶底板特征及数值模型

　　不同充实率下直接顶应力分布

　　不同充实率下直接顶位移特征

　　不同加强充填段长度下覆岩应力云图

　　直接顶应力分布

　　留巷顶板下沉量

　　直接顶应力分布

　　矸石墙的侧向变形量

　　不同支护让压距离下顶板应力分布

　　不同支护让压距离下矸石墙侧向变形

　　矸石墙的让压支护方案

　　充实率不同的留巷段变形监测

　　作者简介

　　苗凯军，男，1995年08月生，陕西神木人，中国矿业大学本硕博连读，在读博士。参与国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金项目2项、企业横向科研项目5项，主持江苏省研究生科研与实践创新计划项目1项，发表SCI/EI学术论文4篇，授权发明专利1项。

　　研究方向

　　岩层控制与绿色开采

　　主要成果

　　为实现深部复杂系统采选充矿井安全绿色高效开采，提出了满足不同充填控制要求的选择性开采技术理论框架；针对深部充填开采沿空留巷出现的大变形难题，提出了以加强留巷侧充填为主的控制对策，优化了护巷煤岩体尺寸，有效控制了深部充填开采沿空留巷的大变形。

　　来源：

　　苗凯军,屠世浩,刘迅,等. 深部厚硬顶板下充填面留巷大变形分析及控制[J]. 煤炭学报,2021,46(4):1232-1241.

　　MIAO Kaijun,TU Shihao,LIU Xun,et al. Large deformation analysis and control of retaining entry along the backfilling working face with thick hard roof in deep mining[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(4):1232-1241.

　　责任编辑：黄小雨

　　编辑整理：郭晓炜

　　审核：常琛

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