【摘 要】
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目前,我国在坚硬顶板特厚煤层综放开采过程中,临空巷道的强矿压显现异常突出,表现为巷道围岩变形加剧,支护体损坏严重,工作面超前影响范围增大,严重影响了工作面安全高效生产。基于此,本文以大同矿区坚硬顶板特厚煤层综放开采临空巷道为工程背景,综合采用现场观测、数值计算、理论分析及现场工业试验等方法,深入分析研究了坚硬顶板特厚煤层临空巷道的强矿压特征、采动影响下采空侧覆岩应力分布与变形规律、临空巷道强矿压的
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,煤岩体裂化损伤的高应力转移卸压机理及控制研究（52074267）; 国家自然科学基金面上项目,大采高综采坚硬顶板动载冲击效应演化机理及控制方法研究（52174138）
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目前,我国在坚硬顶板特厚煤层综放开采过程中,临空巷道的强矿压显现异常突出,表现为巷道围岩变形加剧,支护体损坏严重,工作面超前影响范围增大,严重影响了工作面安全高效生产。基于此,本文以大同矿区坚硬顶板特厚煤层综放开采临空巷道为工程背景,综合采用现场观测、数值计算、理论分析及现场工业试验等方法,深入分析研究了坚硬顶板特厚煤层临空巷道的强矿压特征、采动影响下采空侧覆岩应力分布与变形规律、临空巷道强矿压的力学作用机制等,提出了临空巷道强矿压的控制方法。论文研究取得如下成果:（1）坚硬顶板特厚煤层临空巷道具有超前影响范围大、围岩整体破坏严重、锚杆锚索失效损坏数量多等强矿压显现特征,这与特厚煤层综放开采覆岩活动范围和强度的增大,覆岩中多层厚硬顶板在侧向形成破断结构,以及在采动影响下该结构活化失稳加剧对临空巷道的作用程度有关。（2）工作面采动对侧向临空覆岩具有活化效应,采动影响下工作面侧向临空覆岩的应力在一定范围内随岩层层位增高而增大,随距离煤柱越近下沉变形量越大,而且随着距离工作面越近,侧向覆岩中的应力和位移均显著增大,表明临空覆岩的活化程度增强。（3）分析确定了坚硬顶板特厚煤层临空侧覆岩关键层赋存条件以及覆岩的垮裂带范围,构建了临空侧覆岩的“低位组合悬臂梁+高位多层砌体梁”结构模型。（4）建立了坚硬顶板特厚煤层临空巷道侧向覆岩结构力学模型,依据覆岩结构对临空侧巷道和煤柱的应力作用影响范围,将力学模型划分为显著移动变形区A和弹性稳定小变形区B,通过力学分析得到了侧向覆岩在其下方煤岩体上产生的附加应力的表达式,揭示了侧向覆岩的应力传递机制。（5）分析得出了随着工作面采动影响程度的增加,侧向覆岩活化在下方煤体产生的附加应力增大,其中低位关键层产生的高附加应力主要影响靠采空区侧的浅部煤体,作用影响范围较小,而高位关键层产生的高附加应力作用影响范围较大,可达煤体深部,揭示了侧向覆岩力学作用引起临空巷道强矿压的机制。（6）提出了坚硬顶板特厚煤层临空巷道多方位切顶卸压控制方法,给出了基于采空侧覆岩关键层活化控制的切顶高度和压裂钻孔角度的计算公式;现场应用及观测表明,取得了显著的控制效果。论文有图85幅,表17个,参考文献141篇。
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