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题名薄分层软顶间隔柔模承载解析与快速留巷技术
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作者
辛亚军
杨俊鹏
陈祖国
王晓鹏
任金武
吴春浩
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机构
河南理工大学能源科学与工程学院
煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心
永贵能源开发有限责任公司新田煤矿
河南能源集团永华能源有限公司
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出处
《采矿与安全工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2023年第6期1161-1176,共16页
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基金
国家自然科学基金项目(51374091,51674101)
河南省重点研发与推广专项(科技攻关)项目(232102321132,232102320253)。
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文摘
薄分层软顶回采工作面常规连续柔模留巷方式留巷速度慢、支护成本高,难以实现采留平衡与围岩稳定。通过对薄分层软顶沿空留巷围岩变形破坏特征与失稳原因分析,探讨薄分层软顶巷道力学变形机制与转化对策,建立薄分层软顶沿空留巷顶板稳定性力学模型,研究不同粉煤灰替代率与柔模充填材料强度、应变及弹性模量的关系,确定柔性充填材料粉煤灰最佳替代率,开发适于留巷充填的新型粉煤灰基充填材料,提出密集切顶-间隔柔模快速留巷围岩控制技术,并进行现场工业性试验。结果表明:U型钢柱腿沿空留巷段顶板破碎变形呈倾斜式整体下沉,帮部呈非均匀移动变形,煤帮整体移动剧烈,底鼓量大,整体断面收缩率达到46.43%;巷道围岩应力叠加、薄分层顶板胶结差与切顶强扰动是沿空留巷围岩失稳的主要原因;沿空留巷顶板稳定性与柔模墙体承载能力密切相关,控比系数与富余系数越大,柔模墙体支护强度要求越大,计算得到沿空留巷连续柔模墙体最小支护阻力为11.74MN;随着粉煤灰替代率增加,充填体强度呈先增加后降低趋势,峰值应变与弹性模量分别呈增加与降低趋势,最佳充填材料粉煤灰替代率为30%(FS30组),其28d单轴抗压强度为25.98MPa,峰值应变为1.38%;新田煤矿薄分层软顶沿空留巷围岩为膨胀-高应力-节理化(HJS)复合型软岩,控制对策力学转化机制为Ⅰ_(C)Ⅱ_(AB)Ⅲ_(BCD)→Ⅱ_(AB)Ⅲ_(BCD)→Ⅱ_(B)Ⅲ_(BCD)→Ⅱ_(B);提出薄分层软顶超前段密集切顶-留巷段间隔柔模快速留巷技术,理论计算确定柔模墙体合理间隔为1 200mm,采用设计控制方案后,柔模墙体承载富余,顶板围岩破碎区发展6.35%,巷道断面收缩率小于15%,围岩控制效果显著。
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关键词
薄分层软顶
沿空留巷
失稳特征
间隔柔模
力学模型
快速留巷
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Keywords
weak thin-layered roof
gob-side entry retaining
instability characteristics
interval flexible concrete prop
mechanical model
rapid entry retaining
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分类号
TD353
[矿业工程—矿井建设]
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