沿空留巷采空侧支护体-堆积体协同承载机理

摘要

沿空留巷以提高煤炭采出率、实现工作面Y型通风与采掘接替平衡而得到广泛应用,而巷旁支护体在采空区内塌落矸石侧向推挤作用下极易失稳.通过对沿空留巷采空侧支护体侧向受力失稳分析,提出了沿空留巷支护体采空侧充填堆积体概念,建立了沿空留巷采空侧支护体-堆积体稳定性模型,分析了支护体-堆积体稳定性影响因素,探讨了不同参数条件下堆积体强度特征,开展了堆积体力学特性试验,最后进行了沿空留巷采空侧支护体-堆积体协同承载工业性试验.结果表明:沿空留巷支护体侧向失稳是沿空留巷围岩失稳诱发点,沿空留巷采空侧支护体失稳主要表现为支护体整体移动失稳与弯曲变形失稳;采空侧支护体失稳与采空区内塌落矸石侧向力的大小、方向与作用位置密切相关,在沿空留巷支护体采空侧充填一定强度堆积体利于支护体稳定;采用理论模型计算得到沿空留巷巷旁堆积体宽、高分别为1 433.3和1 708.1 mm(考虑安全选取为1.5和1.7 m),实际堆积体抗拉强度为0.121 3 MPa(现场不小于0.15MPa);同矸石级配粒径下,水泥质量分数与堆积体强度呈近线性关系,水泥质量分数增加到10%后强度增幅趋缓,整体峰值应变呈先增后减趋势;同水泥质量分数下,随矸石级配粒径增加,堆积体强度呈先增加后减小趋势,级配粒径≤8 mm时强度最大,整体峰值应变表现为增—减—增形态;最优堆积体为级配粒径≤8 mm、水泥质量分数10%的P8C10堆积体;采用设计支护体-堆积体围岩控制方案后,顶板未出现明显下沉,支护体侧向变形平均控制在25 mm以内,巷道围岩稳定.

关键词

沿空留巷 / 侧向失稳 / 支护体-堆积体 / 协同力学模型 / 参数确定 / 稳定性