考虑采空区矸石压缩效应的沿空掘巷时机确定方法

合理沿空掘巷时机可有效缓解采掘接续压力、减小巷道变形。采用理论分析方法,建立考虑矸石压缩效应的沿空掘巷覆岩结构力学模型,分析"煤壁(柱)-矸石"承载体系对覆岩稳定的协同控制效应。关键块触矸后下位岩层反向力矩无法协调其稳定时,关键块持续回转下沉产生对矸石的压缩,矸石承载力、下位岩层支撑力和岩块间水平推力随矸石压缩量增加近似呈负指数关系递增,共同协调关键块稳定,据此提出掘巷时机计算方法。在基本顶断裂线内掘巷会对覆岩结构稳定产生扰动,掘巷产生的关键块附加力矩将由矸石持续压缩恢复的应力协调承担,掘巷扰动时间、顶板下沉量与煤柱宽度负相关,适当增加煤柱宽度有利于缩短掘巷扰动时间,减小顶板下沉。研究成果对确定沿空掘巷时机和设计煤柱宽度具有借鉴意义。     

深部巷道围岩能量耗散与支护调控效应

煤岩破坏是能量驱动下的一种状态失稳现象,从能量角度描述围岩破坏特征是评价巷道稳定的有效方法之一。基于双向等压圆形巷道弹塑性解析,以时间为轴线,提出利用弹性和弹塑性变形时的应变能差量表征围岩耗散能,研究初始应力、开挖半径和围岩强度等因素对耗散能演化的影响规律,耗散能随围岩强度增加呈负指数衰减,高强度围岩耗散能小,大量弹性能积聚不利于动力灾害防控;相反,耗散能随初始应力和开挖半径增加呈近似指数关系增长,超过临界值后围岩耗散能急剧增加,从能量角度解释了煤矿巷道临界深度和断面尺寸的物理意义。依据锚杆支护预应力扩散原则,研究支护对围岩能量耗散的调控效应,得到耗散能随支护强度加大呈近似负指数关系衰减,其中,大部分耗散能由围岩破坏分担;在“支护-围岩”协同变形条件下,给出锚杆支护结构吸能和极限储能的表达式,建立支护调控围岩稳定的能量判据,反演巷道支护参数,成功应用于现场工程实践,取得良好控制效果。研究成果从调控围岩能量耗散角度给出巷道支护设计的一条新途径,具有较强的工程应用价值。