采空区下拱形巷道空顶区围岩稳定性及快速掘进技术研究

为了实现开滦矿区深埋且上覆采空区条件下拱形煤巷快速掘进,针对东欢坨煤矿9煤采用理论分析、数值模拟、设备改造及施工工艺优化的方法,对拱形巷道最大空顶距、空顶区围岩稳定性、快速掘进配套设备及工艺展开研究。研究成果:基于薄壳理论,建立拱形巷道顶盖柱壳力学模型,采用无矩理论假设及最大拉应力破坏准则,推导得出拱形顶板最大空顶距计算公式,分析得到巷道宽度、抗拉强度、埋深及拱高对最大空顶距的影响规律及权重,并确定理论最大空顶距为2.4 m。数值模拟发现,空顶距2 m左右时巷道无拉伸破坏,空顶距大于4 m后巷道两帮产生拉伸破坏,因此数值计算的最大空顶距在2~3 m之间;适当增大空顶距有利于U型钢快速达到支护强度。改进自制机载站人平台与机载托梁器联合装置及新型长掘长支机载式临时支护装置,解决了2.4 m空顶区架棚及临时支护效率低、安全性差的难题,配合优化后的工艺流程进行现场应用,平均月进550 m以上,从而实现快速掘进。