破碎围岩支护技术参考文献 论文推荐文志杰等

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本文创新点文章从巷道底臌变形的力学机制入手，在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型，导出了巷道底臌力源P₀的计算方程；其次，结合建立的底臌力学模型，提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术，对其在底臌控制过程中的作用进行理论分析，揭示了其“控底助帮”的底臌控制机理；并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的主要参数进行试验优化；工程实践表明，该项新技术对于软岩巷道底臌控制效果较好，保证了回采巷道的正常使用，取得了良好的工程效果。

作 者

文志杰^1,2,3,4,卢建宇¹,肖庆华⁴,陈广印⁴,杨 涛⁵,蒋宇静¹,李利平²,杨胜利⁶,赵仁乐³,程卫民¹

作者单位

1.山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地;2. 山东大学 岩土与结构工程研究中心;3. 山东能源临沂矿业集团有限责任公司;4. 内蒙古上海庙矿业有限责任公司;5. 华北科技学院 安全工程学院;6. 中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院

研究背景软岩巷道稳定性控制问题一直是煤矿生产建设中的技术难题^[1],在软岩巷道非线性大变形控制中巷道底臌问题尤为突出,每年因底臌造成巷道维护的工程量有时甚至超过新掘巷道,严重阻碍了煤炭资源的安全高效开采^[2]。

已有研究在软岩巷道底臌防治领域取得了一系列研究成果,但由于煤矿巷道所处地质条件及应力赋存状况的多样性,现有的底臌控制措施,如加固法、卸压法、联合法等分别适用于不同的地质条件,控制原理也不尽相同。

目前,在回采巷道底臌机理的认识上仍存在一定模糊性,导致底臌控制措施的盲目性和对经验的依赖性,底臌控制失败的事例屡见不鲜,严重制约了煤矿的安全高效开采^[14]。

为此,基于不同底臌力学原理,对上述底臌控制技术进行分析比较,提出在相应底臌产生的力学机制下最佳底臌控制措施及控制参数的研究势在必行。

摘 要

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。

针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P₀的计算方程。

计算分析知,当底臌压力P₀大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌。

其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其“控底-助帮”的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度。

最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。

作者简介

文志杰，男，1982年10月出生，山东省平度市人，副教授，博士生导师，院士秘书，国家重点实验室主任助理，教育部重点实验室副主任，芬兰阿尔托大学、山东大学博士后。近年来，主持及参加了国家“973”等国家、省部级课题10余项，授权发明专利11项（首位），发表学术论文100余篇，其中SCI、EI收录50篇（首位或通讯作者），出版专著3部，省部级奖励10余项。

研究方向

矿山压力及控制

主要成果

长期致力于采动力学、煤岩破裂与失稳方面的研究，在煤矿动力灾害致灾机理、控制理论和技术以及相关实验研究方法和装备方面，取得了较为突出的科研成果。建立了不同地质和采动条件下覆岩空间结构时空演变规律；确定了采动应力场转移过程和分布特征，研究并提出了致灾动力源发展变化规律及致灾机理；完善并创新发展采场围岩灾害控制技术体系；创新研发预防控制矿山重大灾害事故相关实验装备，为确定煤矿无煤柱开采时合理的开掘时间提供了决策依据。

文中图片

榆树井煤矿软岩巷道底板变形示意

研究区域岩层柱状

剪切错动型巷道底臌力学模型

新型反底拱支护方案结构

不同因素下巷道底板和两帮最大位移量

回风巷支护设计

3号测站位移-时间曲线

来源：

文志杰,卢建宇,肖庆华,等. 软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术[J]. 煤炭学报,2019,44(7):1991-1999.

WEN Zhijie,LU Jianyu,XIAO Qinghua,et al. Failure mechanism of floor heave and supporting technology of soft rock roadway[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(7):1991-1999.

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信息提供：郭晓炜 编辑整理：刘旸

审核：毕永华

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