煤厚大于3米的煤巷掘进工作面预测（安徽理工大学华心祝）

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创新点

（1）基于静载模型力学模型，得到基本顶最大拉应力与极限平衡区应力集中系数的函数关系，揭示极限平衡区应力集中系数仅对巷道基本顶局部拉应力分布区域有影响，而对巷道远处的基本顶呈现无响应的原始状态。

（2）基于预裂爆破期间基本顶受力特征，构建了基本顶动静耦合作用下力学模型，建立了基于抗拉强度准则的巷道基本顶稳定判据，获得巷道基本顶稳定时装药长度及炮孔间距之间的最大量化关系，并揭示爆破应力波在基本顶内呈拉压交替变换且巷道基本顶同一位置持续受到拉、压应力脉冲作用的传播规律。

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作 者

华心祝¹,刘 啸^1,2,黄志国³,杨 朋³,马 言⁴

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单 位

1.安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室；2.煤科集团沈阳研究院有限公司 煤矿安全技术国家重点实验室；3.东华理工大学 地球科学学院；4.恒源煤电股份有限公司祁东煤矿

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研究背景

无煤柱切顶留巷开采核心工艺为超前工作面采用预裂爆破技术切断巷道顶板与采空区顶板力学联系,达到卸压效果。预裂爆破期间巷道顶板不仅承受静载作用,同时还承受爆破动载作用,属动静耦合作用,相较于常规回采巷道其力学过程复杂。

爆破致裂岩体机理上,国内外学者普遍认为岩体在爆破应力波作用下,拉应力超过岩体抗拉强度时,使岩体产生并扩展裂纹,爆生气体加剧裂纹扩展,致使岩体破裂。无煤柱切顶留巷预裂爆破不仅要保证沿炮孔连线方向顶板成缝还要保证巷道顶板稳定。

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摘 要

无煤柱切顶留巷开采核心工艺为超前工作面采用预裂爆破技术切断巷道顶板与采空区顶板力学联系。基本顶预裂爆破期间是动静耦合作用的过程,动静耦合作用下既要保证基本顶炮孔连线间形成贯通裂缝,达到切顶效果,同时还要保证巷道基本顶稳定,装药长度与炮孔间距是决定性因素。

以安徽祁东煤矿7135工作面为工程背景,基于岩层中应力波衰减公式,分析了基本顶预裂爆破成缝机理,并以此建立基于抗拉强度的成缝判据,确定基本顶成缝时装药长度及炮孔间距的最小量化关系。

基于预裂爆破过程基本顶受力特征,建立基本顶动静耦合作用力学模型,获得耦合作用下基本顶应力计算公式,分析了动载作用下基本顶不同时间应力分布规律,揭示了爆破应力波在基本顶内呈拉、压交替变换且巷道基本顶同一位置持续受到拉、压应力脉冲作用的传播规律。

析了静载作用下基本顶拉应力分布与不同侧向应力集中系数关系,揭示极限平衡区应力集中系数仅对巷道基本顶局部拉应力分布有影响(0

根据编制的VB计算平台,得到祁东煤矿7135工作面回风巷预裂爆破装药长度为4m,炮孔间距为600mm。通过对炮孔进行窥视及顶板收敛观测,验证了理论计算模型的合理性。

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部分图片

工作面巷道布置及地质综合柱状

预裂爆破阶段基本顶受力分析

联孔聚能爆破力学模型

最大拉应力与炮孔间距及装药长度变化曲线

最大拉应力与装药长度及炮孔间距变化关系

基本顶力学模型

不同时间基本顶应力分布规律

拉应力与装药长度变化关系

动静载作用下顶板拉应力与装药长度变化关系

无煤柱切顶留巷装药长度及炮孔间距计算程序

切顶参数

炮孔内裂隙分布

巷道顶底板变形及变形速率

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作者简介

华心祝，男，1964年9月生，博士、二级教授，博士生导师，煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心常务副主任，安徽省学术和技术带头人，国家级采矿工程特色专业建设点、国家级采矿工程本科专业综合改革试点项目和安徽省采矿工程专业教学团队负责人。国家科学技术奖评审专家库成员。兼任国际岩石力学与工程学会会员、中国煤炭工业技术委员会专家委员、国家首批煤炭行业标准化专家、安徽省煤炭学会理事、《采矿与安全工程学报》与《西安科技大学学报（自然科学版）》编委，荣获第八届“安徽青年科技奖”。

研究方向

沿空留巷、厚煤层开采及深井巷道支护等方面

主要成果

长期致力于深井沿空留巷的理论与支护技术的研究，取得了多项创新性成果，形成了深井沿空留巷成套的理论和技术体系，保障了沿空留巷技术的推广应用。近5年主持国家自然科学基金面上项目等国家级项目3项，主持完成和承担其它纵横向科研和教研项目14项，在《煤炭学报》、《岩石力学与工程学报》等专业期刊上发表学术论文20余篇，参编国家规划教材1部，获省部级科学技术一、二等奖各1项，三等奖2项，获省级教学成果一、二等奖各1项，编写煤炭行业标准1项。

来源：

华心祝,刘啸,黄志国,等.动静耦合作用下无煤柱切顶留巷顶板成缝与稳定机理[J].煤炭学报,2020,45(11):3696-3708.HUA Xinzhu,LIU Xiao,HUANG Zhiguo,et al.Stability mechanism of non-pillar gob-side entry retaining by roof cutting under the coupled static-dynamic loading[J].Journal of China Coal Society,2020,45(11):3696-3708.

责任编辑：郭晓炜

编辑整理：郭晓炜

审核：常 琛

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