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兴无煤矿坚硬基本顶侧向断裂对沿空留巷影响及控制研究

李成海  
【摘要】:为研究坚硬基本顶侧向断裂对沿空留巷影响及控制研究,本文综合采用理论分析、数值模拟分析以及工业性试验分析等研究方法,主要研究沿空留巷基本顶大跨距断裂特征、大跨距关键块断裂下不同强度、宽度充填体的变形规律、大跨距关键块复合铰接断裂下充填体的稳定性以及沿空留巷基本顶大跨距断裂下巷道围岩支护方案及其参数。通过把研究成果运用到兴无煤矿工业性试验中,巷道围岩变形在可允许范围内且控制效果良好,从而验证了基本顶大跨距断裂下巷道围岩控制方案的适用性、稳固性。主要研究结果,如下:(1)根据基本顶大跨距断裂形成的条件,分析得出上覆岩层的性质、采高、基本顶断裂位置以及基本顶断裂后关键块的倾斜宽度是影响基本顶断裂下形成大跨距关键块的主要因素。(2)对关键块不同复合铰接结构断裂下受力分析,理论推导出关键块B在整体、“一分为二”以及“一分为三”情况下分别受到直接顶的作用力F_1,三种情况下作用力F_1均不同,从而得出关键块B断裂成小块体对巷旁充填体的作用力比完整块体要小。同时也说明小块体对基本顶起到卸压作用,有利于巷道围岩和充填体的稳定性。(3)对基本顶大跨距断裂建立力学模型,受力分析得出岩块A受到多种力的相互作用,包括岩块A上覆岩层对其施加的均布载荷q_1、直接顶对其向上的作用载荷q_2、岩块B的相互挤压力以及充填体的支撑作用力。根据岩块A受力分析及其间相互作用关系,推导出充填体所受静载荷F。(4)利用数值模拟分析得出,不同宽度、强度(水灰比参数)充填体下充填体横向、轴向位移量和应力大小均不同,巷道围岩变形和受力也均不同。通过比较分析,最终确定在基本顶大跨距断裂下充填体合理的参数为宽度1.2 m,强度采用水灰比1.5:1的高水材料。(5)基于大跨距关键块不同复合铰接断裂下,通过数值模拟得出,对于充填体的横向、轴向位移量,均随着关键块划分块数的增加依次减小,而充填体轴向变形相对严重;对于充填体轴向应力值随着关键块划分块数的增加而减小,而充填体所受到的横向应力与划分不同块数的关键块有较小关系。


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