大倾角煤层埋深（倾斜特厚煤层综放沿空掘巷围岩稳定性研究）

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倾斜特厚煤层综放沿空掘巷

围岩稳定性研究

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作者：

刘垚鑫^1,2高明仕^1,2贺永亮^1,2俞鑫^1,2徐东^1,2

单位：

1. 中国矿业大学矿业工程学院

2. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

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摘要

为探究倾斜特厚煤层综放沿空掘巷围岩控制的合理方案，以陈家沟矿为工程背景，采用理论分析、数值模拟和现场实践相结合的方法开展研究。通过建立内应力场的载荷传递模型，推导了倾斜煤层开采的“内应力”表达式。数值计算结果表明：受关键块破断回转的影响，厚煤层沿空巷道煤柱的变形破坏主要发生在中上部区域；与水平煤层不同，倾斜煤层沿空掘巷煤柱帮易出现斜切破坏和失稳；煤柱内的垂直应力峰值随其宽度增加呈先增大后减小的趋势。基于煤柱承载能力与侧向支承压力环境两者之间的协调性，确定沿空巷道煤柱宽度为10 m，最终提出以重点加固巷道顶板与中上部煤柱为核心的非对称控制技术。现场工程实践表明，巷道在服务期间围岩变形达到了有效控制。

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创新点

（1）针对倾斜特厚煤层综放沿空掘巷围岩控制，建立了倾斜特厚煤层综放沿空掘巷内应力场载荷传递模型，推导了倾斜煤层开采的“内应力场”表达式。

（2）受关键块破断回转影响，厚煤层沿空巷道煤柱变形破坏主要发生在中上部区域，与水平煤层不同，倾斜煤层沿空掘巷煤柱帮易出现斜切破坏和失稳。

（3）提出以重点加固巷道顶板与中上部煤柱为核心的非对称控制技术。

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部分图表

8514工作面布置示意

不同煤柱宽度塑性区分布

侧向支承压力分布

关键块回转的载荷传递模型

倾斜砌体结构与内外应力场分布

倾斜特厚煤层综放样空掘巷支护原理

数值计算三维模型

现场监测结果

巷道支护布置（单位：mm）

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作者简介

高明仕

1970年2月生，中国矿业大学矿业工程学院教授，博士生导师，主要研究方向为冲击地压巷道围岩控制及灾害防治，我国冲击地压巷道支护研究第1人。江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人，“天山学者”特聘教授，江苏省煤矿安全生产专家，全国煤矿支护先进个人，第五届国家安全生产专家组成员（煤矿矿压与顶板专业组），2007年江苏省优秀博士学位论文，全国优秀博士学位论文会评（2009），国家能源局第一批煤矿智能化专家（2021.8）。

中国煤炭工业协会支护专业委员会副秘书长（2020.10），支护专委会常务理事，支护专委会冲击地压防治组副组长。《采矿与冶金》（Mining and Metallurgy）、International Journal of Mining Engineering and Technology (IJMET)”、《煤矿支护》等期刊编委。“科普中国·科学百科”审核专家(2017.5)。

主要从事煤矿开采矿山压力及其控制方面的科研和教学工作，主持国家自然科学基金、教育部科学技术研究重点项目及永煤、西山、平顶山、义马、榆北、彬长、汇森、华亭、兖矿等企业委托课题50多项，多年来一直坚持深入矿井一线研究解决煤矿中的开采和支护技术难题，在巷道围岩控制理论及技术、深部开采冲击矿压灾害防治研究领域取得了一定的成绩。发明了煤矿地下岩体围岩强度原位快速测试方法，发明了巷道钻爆法爆破参数自动设计辅助系统，提出了深部巷道厚层泥岩顶板梯次支护、高应力大变形软岩巷道全断面O型控制、顶帮底门区山型主控裂隙联动控制等技术和原理，解决了一系列高应力强矿压大变形静动载复杂条件巷道支护技术难题；针对冲击矿压巷道围岩控制及灾害防治进行前沿研究，建立了基于冲击危险综合指数 冲能吸能平衡效应的冲击地压巷道支护强弱强理论，提出了冲击地压巷道强弱强分类分级P4防冲支护技术体系。研究成果获中国煤炭工业协会科技进步特等奖1项，省部级科技进步一等奖3项，三等奖3项；国家安全生产监督管理总局第六届安全生产成果科技进步三等奖1项，河南煤矿第五届安全生产科技进步二等奖1项。出版专著一部，发表学术论文80余篇，获国家发明专利6项（正在受理5项），实用新型专利13项，国家软件著作权2项；2篇论文入选F5000。

本文引用格式：

刘垚鑫，高明仕，贺永亮，等．倾斜特厚煤层综放沿空掘巷围岩稳定性研究［J］．中国矿业大学学报，2021,50（6）：1051-1059．

LIU Yaoxin,GAO Mingshi,HE Yongliang,et al.Study of control technology about gob-side entry driving with top-coal caving in inclined extra-thick coal seam[J].Journal of China University of Mining &. Technology,2021,50(6):1051-1059.

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