工程论文哪里有？本文以神州煤业8102工作面为研究背景，开展应用静态破碎定向破岩技术安全高效强制放落工作面端头悬顶及切顶卸压问题的研究。
1 绪论
1.2 国内外研究现状
1.2.1 采场矿压理论研究现状
关于采场上覆岩层断裂的特点及活动规律，德国学者W.Hack和Gillitzer在1928年提出了“压力拱假说”[14-15]。在工作面开始回采时，两拱脚处应力集中，出现高应力区，两拱脚内为低应力区，工作面上覆岩层荷载仅由此处液压支架承载。压力拱假说只解释了采掘空间支承应力的作用，而对岩层运移、支架作用、压力拱特性与围岩的相互联系未做细致研究。
1916年，德国学者K.Stoke提出了一种“悬臂梁假说”[16-17]，该假说把上部岩层看成是一种梁，在开采之后，上部的断裂岩层可以被认为是一段在岩体中，另一段在采空区的悬臂状态。在工作面的不断回采过程中，悬臂梁的悬吊长度也随之不断增加，当回采距离达到悬臂梁悬吊长度极限，顶板就会产生周期性断裂。这一假说较好地说明了工作面煤壁侧围岩变形小及液压支架载荷小的原因，但当远离煤壁侧时，二者又会同时增大，既而解释了工作面超前支承压力和顶板周期性来压的原因。然而，该理论依旧没有考虑岩层的活动规律问题。
1.2 国内外研究现状（Research status at home and abroad） 1.2.1 采场矿压理论研究现状 关于采场上覆岩层断裂的特点及活动规律，德国学者W.Hack和Gillitzer在1928年提出了“压力拱假说”[14-15]。在工作面开始回采时，两拱脚处应力集中，出现高应力区，两拱脚内为低应力区，工作面上覆岩层荷载仅由此处液压支架承载。压力拱假说只解释了采掘空间支承应力的作用，而对岩层运移、支架作用、压力拱特性与围岩的相互联系未做细致研究。 1916年，德国学者K.Stoke提出了一种“悬臂梁假说”[16-17]，该假说把上部岩层看成是一种梁，在开采之后，上部的断裂岩层可以被认为是一段在岩体中，另一段在采空区的悬臂状态。在工作面的不断回采过程中，悬臂梁的悬吊长度也随之不断增加，当回采距离达到悬臂梁悬吊长度极限，顶板就会产生周期性断裂。这一假说较好地说明了工作面煤壁侧围岩变形小及液压支架载荷小的原因，但当远离煤壁侧时，二者又会同时增大，既而解释了工作面超前支承压力和顶板周期性来压的原因。然而，该理论依旧没有考虑岩层的活动规律问题。
3 岩石断裂破坏机理及裂隙演化规律研究
3.1 岩石断裂破坏发生机制
由于岩石本身是一种自然物质，其内部存在着复杂的构造缺陷，如微裂缝、微裂缝等，因此岩石的均匀性不如金属，其本质上是一种非均质的复合地质物质。但实验结果显示，岩体属于脆性物质，在破裂时，裂隙扩展顶端塑性变形不大。因此，线弹性的断裂力学理论就可以研究岩石在载荷作用下产生断裂裂纹的情况[76-77]。
3.1.1 断裂力学发展历程
在20世纪早期，Griffith在对理想的脆性材料的研究中，发现了材料的强度影响材料的断裂[78-81]。他指出很多物质在成型的时候，都会出现一些微小的裂痕，这种裂痕会导致材料的整体强度下降，而在受到外力的影响时，这种裂痕会逐渐扩大，直到完全断裂。Griffith认为，材料的断裂不是沿着断裂表面上的整体应力，而是由内部裂缝的发展和扩展引起的。尽管Griffith对脆性材料的断裂机理做了较好的解释，但是由于当时的工程结构材料不是脆性材料，因此其脆性断裂的情况并不普遍，因此在很长一段时间里，都没有被充分认识和重视。
直到第二次世界大战中期，由于加工技术的不断成熟，越来越多的高强度钢开始使用，但是在结构构件的焊接和使用过程中，材料常常会出现断裂，从而导致了大量的事故。虽然构件是在传统的材料力学设计规范中焊接与装配的，但是在低应力条件下，构件往往会出现急性的脆性断裂。
近五十年来，国内外学者进行了大量的实验以研究脆性材料的裂纹破坏形式，并逐步形成了一门新的学科——断裂力学，为传统的结构安全设计提供了新的思路。从断裂力学的发展来看，它是一门关于脆性材料裂纹扩展的学科，它始终与工程材料的使用和事故相关联。
5 安全高效切顶卸压实施方案及工程应用
5.1 工程概况
神州煤业下组煤首采8102工作面及巷道布置如图5-1所示，其中运输顺槽宽度4.65m，高度2.65m，沿8号煤层顶板布置，支护方式为锚杆+锚索+金属网；回风顺槽宽度4.3m，高度2.6m，沿8号煤层顶板布置，支护方式为锚杆+锚索+金属网。
根据神州煤矿8102工作面的钻孔地质数据，从下往上依次为：平均厚度4.8m的石灰岩，0.9m的泥岩，6.8m的中粒砂，3.2m的细砂，5.7m的石灰岩，顶板的整体结构良好，致密而不发育，是一种厚而硬的顶板。
在8102工作面回采期间，在运输顺槽的机头后面，煤层高度悬空，气流和瓦斯都是正常的；回风顺槽尾部后段的煤层高度悬空，气流高，给回采工作面顶板和煤层的管理带来了一定的影响
5.2 神州煤业8102工作面回采巷道切顶卸压方案设计
5.2.1 切顶卸压施工方案设计
（1）方案一
方案一：在8102工作面末端回采巷道附近，悬顶高度达到《煤矿安全规程》、《8102工作面回采规程》和行管部门规定的以上时，采用井下压实的膨胀剂；在采动作用下，由于孔内膨胀剂的膨胀而引起的静膨胀压强作用于孔壁，在膨胀压力达到某一程度时，会导致孔壁破裂，从而导致顶部板岩体整体受到破坏，在采动的影响发生断裂，从而实现人工控制端头顶板断裂的目标。
当工作面端头悬顶未超过《煤矿安全规程》、《8102工作面回采规程》、行管部门等要求的悬顶范围时，不作处理。
施工顺序：钻孔→封孔→拌制静态胀裂剂→泵注装填→下一钻孔。
钻孔参数：为避免在顶板锚杆、锚索位置钻孔，孔距0.5m；排距与顶板的锚杆排距是相同的，也就是说，排间距为1.0米。钻孔的直径为40-60mm（可视工程情况而定），钻孔的角度朝采空区倾斜45度，钻孔倾斜长度为10m，孔眼高度为7m 在采空区附近，工作面末端回采巷道有两到三排的孔眼，在相邻采空区的密集单体柱附近设置一组或三组孔，以避免顶板锚固和锚索的位置。
封孔方法：采用特殊的封孔机将孔洞封闭，并将其充分插入孔中，再将注浆泵的灌浆管道与封孔器的外露接口相连接，在灌浆压力下，通过膨胀来完成封孔。工作面顶板距采空区很近，受到采动的强烈影响，当静态膨胀剂浆液从顶板裂缝中渗出时，首先将塑料弹性套管置于孔眼中（本研究所持有的国家发明专利：CN108547617A，一种用于静压破岩机的柔性套管装药方法），将封孔机置于弹性套管中，并在静注浆液的推动下，弹性套管在径向上与井壁紧密结合，从而避免了裂缝漏浆。
6 结论
本文以神州煤业8102工作面为工程背景，针对沿空巷道顶板坚硬、厚实的情况下，为使护巷内的压力能得到有效的释放，降低护巷的支承压力。首先通过数值模拟、理论分析的方法，分析了沿空巷道围岩结构，建立力学模型分析了采场上方关键块运动规律和其对巷道的荷载作用；并采用FLAC3D数值模拟软件对采空区顶板切顶卸压进行模拟分析，分别对比分析不同切顶高度下垂直应力场及塑性区分布；根据数值模拟的最优切顶卸压进行现场工业性试验，研究确定了合适的切顶卸压关键参数，实时动态监测和分析两顺槽及工作面矿压显现规律。得到如下主要结论：
（1）分析了留巷的围岩结构及覆岩运动特征，留巷基本顶断裂的位置可划分为：巷道上方、实体煤侧、采空区侧，根据顶板破裂类型的不同分别建立力学模型，得到了沿空巷道上覆顶底破裂的位置，得出巷侧支护体的负荷会随基本顶悬臂梁长度呈线性关系，所以采用相应的技术措施减少基本顶的悬臂梁结构长度，可以最大程度保护巷道支护体。
（2）分析了岩石断裂破坏机理及裂隙演化规律，从静态破碎剂的作用特征出发，可以将其分为：裂缝产生、裂缝发展和裂缝扩展。通过数值仿真，发现在单孔装药作用下，岩石破裂形式与岩石几何形状有密切的关系。通常认为，应力最弱的方向往往容易发生破坏，裂缝必定会沿最少的阻力线发展，因为正方形块体的最小阻力是四个边界线，因此裂缝往往与边界相垂直；在圆形试样中，受力分布较为均匀，且裂缝呈均匀分布，最后形成三种均匀分布的裂缝。
（3）利用先期施工钻孔，注入静态破碎剂，干预顶板原有的应力平衡状况，使巷道顶板产生定向断裂，从而有效地控制沿空巷道围岩的高应力，优化巷道围岩应力及顶板构造形式。
参考文献（略）
