浅埋沿空留巷切缝顶板断裂与移动规律研究

"浅埋沿空留巷切缝顶板断裂条件及移动规律研究" 这篇研究主要探讨了在浅埋煤层中，沿空留巷（切顶卸压）技术下的顶板断裂条件及其对周围岩体移动的影响。研究人员通过分析发现，由于浅埋煤层顶板断裂后，岩块间的水平挤压力较小，不适宜形成稳定的砌体梁结构。他们针对这种情况，建立了切顶卸压沿空成巷时巷道顶板的断裂力学模型，特别关注了下位切缝与上位弯曲裂缝的双边悬臂梁模型。 该模型中，推导出了沿空巷道侧向基本顶在切缝结构面上扩展断裂时所需的切顶工作阻力公式。研究进一步通过数值模拟，分析了侧向基本顶在两种不同断裂状态下的围岩结构变形规律。当切顶阻力小于某一临界值ql时，顶板沿着煤壁内一定深度断裂，形成一个空区侧的弧形三角板，这个结构会向巷道围岩传递较大的破坏性动载和覆岩移动压力。而如果切顶阻力达到或超过ql，并且与切缝共同作用，会导致垮落带内的直接顶和低位基本顶沿切缝结构面断裂滑落，从而实现对顶板断裂状态的主动控制。 这种主动控制可以优化顶板承载结构，减小弧形三角板侧向悬臂结构传递覆岩荷载的长度，降低巷道支护体承受的额外压力。此外，切顶后破碎膨胀的矸石填充空区，能提前上覆岩层的接触点，减少上覆岩层的下沉和旋转变形效应，从而减缓对巷道的压力。 实际应用中，哈拉沟矿的浅埋薄基岩大断面复合顶板切顶成巷试验结果显示，采用沿空巷道超前切缝技术，可以有效减小侧向顶板区域支架的工作阻力，降低直接顶的垮落步距，并减少由岩板断裂引起的冲击动载。试验数据与理论计算分析结果相吻合，验证了理论模型的有效性。 这项研究对于理解浅埋煤层沿空留巷的顶板稳定性问题，以及如何通过合理设计切顶工艺来改善巷道的安全性和经济性具有重要意义。它为无煤柱开采提供了新的理论依据和技术支持，有助于提高煤矿开采效率和安全性。