厚层坚硬顶板切顶留巷合理切顶参数 - 许旭辉; 何富连; 吕凯; 王德秋; 李亮; 翟文立 (煤炭学报, 2023)
TD322; 切顶留巷工程实践中切顶高度和角度是直接影响因素,而顶板厚度变化范围较大的坚硬顶板所允许的合理切顶参数又有其特殊性.以同忻矿2号煤层北翼三盘区切顶留巷实践为工程背景,基于现场切顶留巷厚基本顶难以垮落形成大面积悬顶造成留巷效果差的事实,通过现场调查、理论建模研究、数值模拟分析及工业性试验相结合的方法研究了随坚硬顶板厚度变化的合理切顶参数.调查研究发现固定的切顶高度是无法适应顶板厚度的变化,在较小的基本顶厚度情况下,留巷效果较好,在较大的基本顶厚度情况下,留巷围岩变形较大.建立了切顶留巷力学模型,推导了未切顶部分拉应力与切顶高度、角度和顶板厚度的关系,得出在相对较小的切顶角度范围之内,随着切顶角度的减小,未切顶面处所受到的拉应力增大,且随着切顶高度的增加拉应力增加的越显著;未切顶处拉应力大于基本顶极限抗拉强度所允许的合理切顶角度范围随着基本顶厚度的增加而减小,从工程实践来看可以达到减小悬顶长度的目的;在一定基本顶厚度条件下,未切顶处拉应力大于基本顶极限抗拉强度所允许的切顶角度范围随着切顶高度的增加而增大,即切顶高度越高,对切顶角度的限制越小;基本顶厚度越大,未切顶面拉应力达到相同值所需的切顶高度越大,基本顶厚度较小时,切顶角度变化对未切顶面拉应力影响较小,随着基本顶厚度的增大,切顶角度影响程度增大.从顶板断裂面凹凸程度、巷道顶板裂隙发育特征、巷道顶板下沉情况、完成时间步数4个指标进行数值模拟分析,得到科学实施部分切顶方案,使未切顶部分在矿山压力作用下完成垮落,就可以达到工程实践目的.基于上述研究在现场进行工业性试验,以顶板变形量和切顶侧支架工作阻力为指标对留巷进行现场监测分析,结果表明留巷效果良好.