托顶煤巷道锚固"梁-拱"结构分类及顶板冲击失稳机制

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 4; pp. 1752 - 1770
• Main Authors: 曹安业, 郭文豪, 温颖远, 王崧玮, 刘耀琪, 郝琪, 吕国伟, 李庚
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室,江苏徐州 221116%中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116 01.04.2024; 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116; 新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐 830046%中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116
• Subjects: elastic wave; 锚固"梁-拱"结构; 弹性波; 顶煤厚度; 支护优化; thickness of top-caol; "beam-arch"composite structure; amplification effect of load stres; 载荷放大效应; support optimization
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.1636

TD324; 我国煤矿托顶煤巷道冲击地压频发,且冲击动载下顶板灾害尤为严重.为探究托顶煤巷道顶板锚固结构类型和冲击失稳机制,以陕西某矿301工作面回风巷道大面积冲击垮顶为工程背景,运用相似实验、理论分析及数据统计等方法,分析了托顶煤巷道围岩应力、位移和巷表加速度的动载响应特征,研究了顶煤厚度与支护构件影响下顶板锚固结构的分类特征,探究了弹性波下托顶煤巷道的应力响应机制,提出顶板锚固"梁-拱"结构的冲击失稳机制,评估了 301工作面回风巷道的抗冲能力,并提出了相应的抗冲支护优化方案.结果表明:①冲击动载下托顶煤围岩应力和位移等监测数据验证了顶板存在内、外层的梁或拱形锚固结构,因顶煤厚度增加,顶板内层锚固结构存在由"梁"向"拱"的转换;②基于顶煤厚度与支护构件相对关系,将顶板锚固结构划分为薄顶煤的"叠加梁-拱"、厚顶煤的"组合梁-拱"和特厚顶煤的"组合拱",建立了厚煤梁由"梁"向"拱"转化的临界厚度指标;③顶板锚固梁结构和锚固拱结构的冲击失稳机制为动静载荷下分别达到其拉伸、剪切强度极限后破坏,锚固"梁-拱"结构对冲击载荷的放大效应受其尺寸影响明显;④特厚顶煤的"组合拱"结构中内层拱承载强度较低,可增加锚杆长度提升内层拱厚,对应的"组合拱"结构的承载能力上升明显,与抗冲能力评估结果相符.