沿空掘巷切顶卸压关键技术优化研究

孙梦迪, 刘增辉, 龚固. 沿空掘巷切顶卸压关键技术优化研究[J]. 矿产保护与利用, 2025, 45(2): 46-52. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.02.005
引用本文: 孙梦迪, 刘增辉, 龚固. 沿空掘巷切顶卸压关键技术优化研究[J]. 矿产保护与利用, 2025, 45(2): 46-52. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.02.005
SUN Mengdi, LIU Zenghui, GONG Gu. Optimizing the Key Parameters of Roof Cutting in Gob−side Entry Driving[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2025, 45(2): 46-52. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.02.005
Citation: SUN Mengdi, LIU Zenghui, GONG Gu. Optimizing the Key Parameters of Roof Cutting in Gob−side Entry Driving[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2025, 45(2): 46-52. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2025.02.005

沿空掘巷切顶卸压关键技术优化研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(51974007,51874002)
详细信息
    作者简介: 孙梦迪(1998—),男,安徽宿州人,硕士,助理工程师,主要从事采矿技术工作,544780560@qq.com
  • 中图分类号: TD322;

Optimizing the Key Parameters of Roof Cutting in Gob−side Entry Driving

  • 经坊煤矿八采区西部运输巷为沿空掘巷,平均埋深约为420 m,护巷煤柱压力大、巷道容易变形失稳,为有效解决上述问题,以经坊煤矿八采区西部运输巷为工程背景,建立沿空掘巷切顶参数计算模型,对切顶高度和切顶角度的合理范围进行理论计算,得出切顶高度在14~32 m范围内,最小切顶角度为9°。采用FLAC3D数值模拟软件建立三维模拟计算力学模型,对比分析沿空掘巷不同切顶高度和切顶角度对巷道围岩应力及位移的变化规律,结果表明:在煤柱上方切断顶板可以降低煤柱的集中应力,减小护巷煤柱承担的载荷,阻断采空区的侧向支承压力向巷道传递,减小巷道的变形量,坚硬顶板切顶卸压存在一个最佳切顶方案,达到最佳卸压效果。经坊煤矿八采区西部运输巷最佳切顶高度为25 m、切顶角度为26°,该参数下,护巷煤柱最大垂直应力为24.2 MPa,巷道两帮收敛量为0.28 m,顶底板收敛量为0.17 m。

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  • 图 1  工程概况

    Figure 1. 

    图 2  岩块受力示意图

    Figure 2. 

    图 3  计算几何模型

    Figure 3. 

    图 4  切顶方案示意图

    Figure 4. 

    图 5  不同切顶高度垂直应力云图

    Figure 5. 

    图 6  煤柱内垂直应力变化曲线

    Figure 6. 

    图 7  巷道围岩位移变化曲线

    Figure 7. 

    图 8  不同切顶角度垂直应力云图

    Figure 8. 

    图 9  不同切顶角度煤柱垂直应力

    Figure 9. 

    图 10  不同切顶角度巷道围岩变形

    Figure 10. 

    表 1  工程地质岩层力学参数

    Table 1.  Rock mechanical parameters of engineering geology

    岩性 平均
    厚度
    /m
    密度
    /(kg∙m−3)
    体积
    模量
    /GPa
    剪切
    模量
    /GPa
    抗拉
    强度
    /MPa
    黏聚力
    /MPa
    内摩擦
    角/(°)
    细粒砂岩 16.3 2600 16.3 8.5 2.1 2.1 32
    细砂岩 10 2650 17.1 7.8 2.5 3.1 31
    粉砂岩 12.5 2600 18.0 8.4 2.0 2.5 32
    细砂岩 15.2 2100 16.5 3.1 0.6 1.3 32
    细粒砂岩 9.3 2100 16.2 3.1 0.6 1.3 28
    砂质泥岩 7.1 2600 15.6 8.5 2.3 2.1 32
    细粒砂岩 3.2 2100 15.2 3.1 0.6 1.3 28
    砂质泥岩 2.4 2600 15.6 8.5 2.3 2.1 32
    粉砂岩 5.2 2600 18.0 8.4 2.0 2.5 32
    砂质泥岩 1.8 2600 15.6 8.5 2.3 2.1 32
    中粒砂岩 4.8 2700 17.6 7.9 2.1 2.3 31
    砂质泥岩 6.8 2600 15.6 8.5 2.3 2.1 32
    泥岩 1.3 2500 7.6 2.5 2.1 2.1 30
    3煤 6.4 2400 3.27 0.9 0.72 0.7 26
    泥质砂岩 12.3 2600 15.6 8.5 2.3 2.1 32
    中砂岩 17.7 2700 17.6 7.9 2.1 2.3 31
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    表 2  不同切顶角度实验方案

    Table 2.  Experimental scheme of cutting angle

    序号 切顶角度/(°) 切顶高度/m
    1 18 25
    2 22 25
    3 26 25
    4 30 25
    5 34 25
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出版历程
收稿日期:  2024-12-26
刊出日期:  2025-04-15

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