沿空留巷充填区域顶板稳定控制机理研究

Roof above backfill area (immediate, and even top-coal) plays a key part in transferring the main roof load downward and transferring the roadside backfill action upon the main roof upward in gob-side entry retaining. However, stability of roof above backfill area was poor under repeated supporting from the hydraulic support (cyclic loading and unloading), which was important for gob-side entry retaining with fully mechanized top coal caving, or soft roof or compound roof. This project will research deformation, stability, and control mechanism of roof above roadside backfill in gob-side entry retaining, and the main researches include: 1) set up mechanics model of roof above backfill area under cyclic loading and unloading, reveal deformation and stability mechanism of roof above backfill area in gob-side entry retaining; 2) research transferring and bearing mechanism of roof above backfill area, analyze influence factors and influence rules of roof stability above backfill area, reveal control mechanism of roof above backfill area; 3) research stability control technology of roof above backfill area in gob-side entry retaining, and provide safety guarantee for gob-side entry retaining.

沿空留巷充填区域顶板稳定至关重要，向下传递基本顶对巷旁充填体的载荷和旋转变形、向上传递充填体对基本顶的支撑作用，在支架反复支撑（加卸载）作用下，该区域顶板稳定性差，该区域顶板稳定状况是综采放顶煤、复合顶板等松软破碎顶板沿空留巷能否成功的关键之一。本课题对沿空留巷充填区域顶板变形、稳定及控制机理开展研究，主要研究内容为：1）建立加卸载作用下充填区域顶板稳定力学模型，揭示沿空留巷充填区域顶板变形、稳定机理；2）研究充填区域顶板传递、承载作用机制，分析沿空留巷充填区域顶板稳定影响因素及影响规律，揭示沿空留巷充填区域顶板控制机理；3）研究沿空留巷充填区域顶板稳定控制技术，为沿空留巷成功实施提供保障。

沿空留巷充填区域顶板稳定至关重要，向下传递基本顶对巷旁充填体的载荷和旋转变形、向上传递充填体对基本顶的支撑作用，在支架反复支撑（加卸载）作用下，该区域顶板稳定性差，该区域顶板稳定状况是综采放顶煤、复合顶板等松软破碎顶板沿空留巷能否成功的关键之一。本课题综合采用现场实测、实验室试验、理论分析、数值模拟、工业性试验等方法，系统研究沿空留巷充填区域顶板变形、载荷传递、承载机制及稳定控制技术，主要研究成果为：（1）基于对沿空留巷充填区域顶板力学介质的评估，设计了顶板岩样三轴卸荷试验的应力路径，采用多级轴压多次屈服三轴卸围压试验的方法测定了充填区域峰后损伤岩样的卸荷力学参数，建立了考虑岩石峰后剪胀效应的沿空留巷充填区域顶板卸荷力学应变软化模型，在FLAC3D中实现了考虑沿空留巷充填区域直接顶强度衰减和剪胀变形的数值计算。.（2）采用弹性损伤力学和能量变分理论，推导了不同时期沿空留巷充填区域顶板垂直应力和水平应力表达式，研究得到了工作面液压支架支撑护顶阶段、无巷旁充填体支撑阶段、巷旁充填体增阻支撑阶段、巷旁充填体稳定支撑阶段充填区域顶板垂直应力和水平应力分布特征，同时给出了不同时期充填区域顶板拉应力作用范围和水平错动范围的计算式，结果表明：随着顶板回转下沉角的增加，充填区域顶板拉应力作用范围逐渐减小，水平错动范围逐渐增大。揭示了沿空留巷充填区域顶板变形、稳定机理。.（3）采用数值计算的方法，研究得到了巷旁充填体宽度、直接顶岩性、直接顶厚度与煤层厚度比值等因素对沿空留巷充填区域直接顶变形特征影响规律；建立了沿空留巷巷旁支撑系统载荷传递作用力学模型和沿空留巷充填区域顶板承载力学模型，推导给出了沿空留巷充填区域顶板载荷传递能力计算式和沿空留巷充填区域直接顶承载能力计算式，得到了充填区域顶板载荷传递能力和承载能力影响因素和影响规律，揭示了沿空留巷充填区域顶板控制机理。.（4）采用理论分析和数值计算的方法，研究了锚杆支护对充填区域顶板岩体剪胀变形的控制作用，并分析了沿空留巷充填区域直接顶和老顶离层变形的控制原理，开发了沿空留巷充填区域顶板分区域动态加固稳定控制技术。