煤巷掘进空顶区顶板力学响应机制及临时支护技术研究

郝文华; 王方田; 吴培林; 尹志华; 汤天阔; 刘超; 吴渝

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2025150

矿业科学学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (6) : 1078 -1089. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2025150

煤巷掘进空顶区顶板力学响应机制及临时支护技术研究

郝文华, 王方田, 吴培林, 尹志华, 汤天阔, 刘超, 吴渝

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摘要

为探究不同空顶距影响下煤巷围岩力学响应机制及临时支护技术，以王庄煤矿9103运输平巷为工程背景，基于薄板及普氏垮落拱理论，建立煤巷掘进空顶区浅部围岩力学模型，推导出极限空顶距表达式，并基于FLAC 3D软件分析不同空顶距下掘进巷道顶板变形、应力和塑性区时空演化规律。研究结果表明：影响极限空顶距的主要因素为巷道宽度、顶板抗拉强度、顶板载荷及浅部离层岩体厚度；空顶距从0.5 m增大至1.0、1.5、2.0 m时，顶板下沉量增量分别为4.82、3.67、8.31 mm,表现为先平稳下沉后加剧下沉趋势，沿顶板掘进方向截面中心处最小垂直应力由7.85 MPa降至1.24 MPa;空顶距增大至2.5、3.0 m时，空顶区围岩内部破坏加剧，表面变形失稳，合理空顶距临界值确定为2.0 m。针对临时支护装置缺点，设计机载式新型临时支护装置，并基于Ansys软件验证该装置顶梁具备足够支撑力。9103运输平巷采用该支护装置，同时通过增加掘进机循环进尺、敲帮问顶与临时支护并行作业巷道掘进工艺优化措施，掘进速度提高了33.3%。