沿空留巷底鼓力學(xué)模型及控制機(jī)理研究

底鼓是沿空留巷圍巖變形的主要形式之一，嚴(yán)重制約著沿空留巷技術(shù)的發(fā)展。目前對于沿空留巷底鼓機(jī)理仍沒有定論，底鼓控制方法的機(jī)理尚不明確。本項目主要探究了沿空留巷的底鼓規(guī)律，研究沿空留巷底鼓機(jī)理并建立底鼓力學(xué)模型，進(jìn)一步揭示底鼓控制方法的原理。主要研究成果：（1）底板巖石變形主要是峰后碎脹和峰后蠕變，底鼓主要是采動應(yīng)力作用下底板巖石發(fā)生的峰后蠕變變形，主要發(fā)生在一次采動影響期。（2）揭示了沿空留巷圍巖應(yīng)力演化規(guī)律，分析底板受力特征，探究沿空留巷底鼓機(jī)理，初步建立底鼓力學(xué)模型。（3）鋼排樁法控制底鼓是利用剛性承載結(jié)構(gòu)在樁后形成附加應(yīng)力場和應(yīng)力拱，降低底板巖體主應(yīng)力差，改善底板巖體受力環(huán)境，降低底鼓量。研究成果不僅豐富了沿空留巷圍巖控制理論，更有效的推動了沿空留巷技術(shù)的推廣和應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B

底鼓是沿空留巷圍巖變形的主要形式之一。由于圍巖的非均稱性及受相鄰兩個工作面的采動影響，沿空留巷底板受載情況與軟巖巷道和其他動壓巷道顯著不同，底鼓機(jī)理存在較大差異。并且，較之傳統(tǒng)的加固法、卸壓法和臥底法，鋼排樁法在控制沿空留巷底鼓中具有一定優(yōu)勢，但其控制機(jī)理尚不明確。因此，本項目從沿空留巷底鼓機(jī)理著手，開展底鼓力學(xué)模型和鋼排樁法對底鼓控制機(jī)理研究。主要內(nèi)容包括：（1）分析沿空留巷從掘進(jìn)至報廢尤其一次采動影響期、一次采動后相對穩(wěn)定期及二次采動影響期底板受載分布、應(yīng)力演化和變形破壞等力學(xué)特征，為建立沿空留巷底鼓力學(xué)模型提供可靠數(shù)據(jù)；（2）研究巖石加卸載變形規(guī)律，分析沿空留巷底鼓的主要影響因素及其效應(yīng)，結(jié)合沿空留巷底板力學(xué)特征，揭示沿空留巷底鼓機(jī)理，建立底鼓力學(xué)模型；（3）分析鋼排樁與沿空留巷底板巖層的相互作用，揭示鋼排樁法對沿空留巷底鼓的控制機(jī)理。研究成果可進(jìn)一步豐富沿空留巷圍巖穩(wěn)定控制理論。

基于巷內(nèi)充填沿空留巷新技術(shù)方案，針對綜放沿空留巷的特點和難點，綜合運用現(xiàn)代力學(xué)理論和采礦原理，合理利用先進(jìn)的數(shù)值模擬和物理模擬方法，首次將關(guān)鍵層理論引入沿空留巷圍巖穩(wěn)定性控制，建立綜合考慮充填體、煤幫及頂煤變形協(xié)調(diào)的綜放沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，定量計算充填體穩(wěn)定所需的強(qiáng)度和變形量、頂煤的應(yīng)力分布及變形特征，分析綜放沿空留巷圍巖大變形機(jī)理，并提出合理的圍巖穩(wěn)定性控制原理。本項目的研究成果不僅可應(yīng)用于厚煤層綜放開采工作面，也可應(yīng)用于中厚煤層工作面；不僅適用于高瓦斯煤層工作面，也適用于低瓦斯高產(chǎn)高效工作面；還可為沿空掘巷和工作面端頭穩(wěn)定性控制提供借鑒。該項研究可為拓寬關(guān)鍵層理論的應(yīng)用領(lǐng)域、深化錨桿支護(hù)機(jī)理的認(rèn)識和推廣沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。 2100433B