煤炭学报

作者：张永将, 季飞, 赵同彬, 杨科, 武文宾, 江万刚,

关键词：坚硬顶板, 临空巷道, 磨料射流, 水力割缝–水力压裂联合, 切顶卸压,

煤矿坚硬顶板工作面回采后易形成侧向悬臂梁结构，导致回采动压和侧向悬顶岩层引起的高静压叠加并通过关键层传递至采动大巷，造成邻近工作面回采巷道围岩结构失稳大变形。为改造顶板岩体结构、调整坚硬岩层破断运移规律，进而控制临空巷道强矿压显现，笔者在分析采动巷道矿压分布规律的基础上，采用数值模拟手段研究了坚硬顶板下临空巷道支承压力分布情况，探究了不同切顶参数条件下围岩结构传递载荷机理，提出了磨料射流水力割缝–压裂联合切顶卸压方法。研究结果表明，临空巷道矿压显现是动静载共同作用的结果，主要表现为回采引起的高采动压力及临空巷道侧向悬顶静载压力叠加作用下，经巷道两侧极限平衡区内围岩传递至底板，进而在底板产生大范围塑性变形。通过磨料射流水力割缝技术在坚硬顶板内预置缝槽，可为水力压裂裂纹扩展起导向作用，并导通岩体内原有裂隙增加水力压裂裂纹影响范围，在坚硬顶板中形成连续弱面达到削弱顶板应力传递目的，割缝深度与割缝压力和混砂比呈正相关。顶板岩层在垮落过程中会相互作用，破断角度及高度改变会导致破断岩体的下滑速度改变并对高位岩层的支撑力产生显著差别，破断角度在66°～86°，破断处岩层所受到的拉应力随破断角度减小呈升高趋势，且随着破断高度的增加拉应力升高速率越快；破断高度范围为26～56 m时，破断处岩层拉应力高于极限抗拉强度所允许的破断角度随着破断高度的增加而升高；依据上述研究在华阳一矿81403工作面开展了工业性试验，以支护结构载荷和围岩变形量为指标的现场监测结果表明，通过水力割缝–压裂联合控顶卸压后巷道顶板锚索受力降低35%，巷帮应力降低44%，巷道顶底板移近量减小57%，巷道两帮移近量减小42%，卸压效果良好，研究成果可为坚硬顶板条件下临空巷道矿压治理提供一种新技术手段。

来源：2024年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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