综放沿空巷道围岩卸压控制研究

采用计算机数值模拟计算及现场观测方法,结合松动爆破技术分析了本煤层布置卸压巷对综放沿空巷道围岩卸压的机理,沿空巷道卸压控制的实质是使围岩高应力区沿倾向向煤体深部转移,卸压巷位置及松动爆破强度是卸压技术的关键,现场应用实践表明,卸压控制是治理综放沿空巷道围岩强烈变形破坏的科学有效方法,并取得了显的技术经济效益。     

切顶沿空留巷双向聚能爆破关键参数研究北大核心

通过理论分析与数值模拟相结合的方法,分析双向聚能爆破作用下岩石的定向断裂规律、不同间距下双孔聚能爆破的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双向聚能爆破能有效的定向断裂顶板,双孔聚能爆破中,由于相邻炮孔的应力波叠加作用,促使裂纹进一步的扩展;炮孔间距500mm时,两炮孔间能形成良好的贯通裂纹。综合数值模拟结果、前人的研究成果、工作面的工程地质条件制定了现场的爆破试验方案,试验结果表明:4+4+3+3+2的单孔装药结构能够有效的预裂顶板;通过钻孔窥视显示间距500 mm时,顶板断裂效果最佳;对爆破切顶后工作面倾向不同位置处液压支架工作阻力进行观测,结果显示距离切顶线越近的支架最大工作阻力越小,验证了爆破参数的可行性。     

考虑工作面出煤柱尺度效应的下位回采巷道布置优化

针对遗留煤柱对下位巷道及采场产生的不利影响，以近距离煤层下行开采为背景，采用理论解析及现场实测等方法，对煤柱下底板偏应力不变量的区域特征、工作面出煤柱压架灾害的发生机理及其尺度效应展开研究。结果表明：(1)当上煤层相邻工作面开切眼位置不平齐时，下位巷道通过采取平错式布置，在保障巷道自身稳定的前提下，成功将工作面全长出一侧采空煤柱转化为2次小范围的出煤柱过程，实现对采场压架灾害的提前防治。(2)采用偏应力第二不变量(J₂)、偏应力第三不变量(J₃)和偏应力第二不变量(J₂)水平变化率解析煤柱下方底板岩层的应力状态，并对底板进行分区，确定下位巷道平错距离的下限值为24 m。(3)工作面出煤柱期间，初次来压或周期来压与顶板-煤柱系统突变失稳产生的动载矿压耦合叠加形成冲击是压架灾害发生的根本原因，计算出煤柱尺度效应，得到平错距离上限值为36 m。燕子山煤矿工业性实践验证了下位巷道采取平错式布置且平错距离为30 m的可行性与合理性。     

异形载荷–弹性基础基本顶板结构破断特征及稳定性分析

为了研究近距离煤层层间基本顶三维破断演化特征，建立异形载荷–弹性基础基本顶板结构周期破断力学模型，探究不同载荷作用下层间基本顶破断位置、破断类型和破断形态，并对破断结构进行空间稳定性分析，阐明直角梯形板块失稳灾变条件及其对主控因素的响应规律。结论如下：(1)基本顶破断形态与上覆载荷分布形式直接相关，在均布载荷作用下，基本顶发生“O-X”破断，形成1个类等腰梯形板块和2个弧三角块体；在边界煤柱–采空区单峰状载荷作用下，基本顶发生“■”破断，形成2个类直角梯形板块和2个弧三角块体；在孤岛煤柱驼峰状载荷作用下，基本顶发生“■”破断，类直角梯形板块间形成块裂区。(2)破断结构失稳判据显示，直角梯形板块存在滑落失稳和回转变形失稳2种失稳形式，且每种失稳形式具有整体失稳、单边失稳和不失稳3种灾变组合。(3)随上覆载荷q增大，滑落失稳系数(深入煤体长边K₁、侧向直角边K₂)减小，回转失稳系数(深入煤体长边K₃、侧向直角边K₄)增大，即载荷增大不利于板块保持稳定；板块断裂宽度w具有与载荷q类似的规律，但当断裂宽度达...