（1）针对巷道顶板密集钻孔切顶技术，首次从立体角度出发，考虑了回采前后钻孔应力边界条件改变对钻孔破断的影响，通过理论分析密集钻孔回采前后的孔间集中应力分布及裂纹扩张形态，系统揭示了密集钻孔定向切顶机理。
（2）通过构建顶板密集钻孔力学模型，明确了密集钻孔在回采前后的应力分布状态及各关键参数对顶板强度之间的对应关系，分析了不同形态钻孔的孔壁强度因子分布特征，明晰了密集钻孔切顶效果的主要影响因素。
（3）基于上述研究结果提出了合理的密集钻孔定向切顶关键参数确定方法，并在四川龙滩矿进行了现场应用，验证了该方法的有效性及实用性。
沿空留巷密集钻孔切顶机理及关键参数确定方法
刘少伟1,2，李小鹏1 ，朱雯清3 ，付孟雄1,2， 张定山4 ，彭博4
1. 河南理工大学能源科学与工程学院
2. 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心
3. 中铁建设集团有限公司
4. 四川川煤华荣能源有限责任公司
为实现密集钻孔切顶条件下沿空留巷顶板结构安全稳定，研究正常情况与密集钻孔条件下顶板岩层结构受力状况，基于岩石断裂理论和弹性理论分析回采前后顶板密集钻孔孔间围岩受力分布及其破断过程，明确密集钻孔切顶机理及相邻钻孔的孔间集中应力相互作用机制，推导工作面端头弧形三角板结构巷道侧边界密集钻孔孔间围岩的拉剪应力计算公式。在此基础上，分析不同参数对孔间围岩所受拉剪应力的影响作用，提出沿空留巷密集钻孔切顶关键参数确定方法。研究表明：密集钻孔主要通过回采前后钻孔周围应力条件改变来增加钻孔围岩拉剪应力集中程度，引起孔间裂隙扩张联通，形成切缝线破断关键岩层。回采前钻孔主要受水平挤压应力影响，回采后钻孔受力逐渐转变为采空区顶板回转下沉产生的拉剪应力为主，钻孔孔间围岩状态随之由孔间围岩弱化阶段过渡到孔壁裂纹成形阶段，再转变为孔间围岩破断阶段。密集钻孔孔间围岩所受拉剪应力大小主要取决于关键岩层厚度及钻孔孔径与孔间距之比，与钻孔高度及间距成负相关，与角度及直径正相关。据此提出了密集钻孔关键参数确定方法，并根据龙滩矿3124N工作面坚硬顶板条件设计了密集钻孔切顶留巷方案，确定钻孔长度为8.3m，角度为15°，钻孔直径为48mm，间距为500mm。留巷后巷道顶帮变形可控且整体稳定性较好，由此可证明密集钻孔布置参数较为合理，密集钻孔关键参数确定方法有效可行。
教授
博士生导师
刘少伟，男，汉族，1977年8月生，博士，二级教授，博士生导师，辽宁锦州人。现任河南理工大学能源科学与工程学院副院长；河南省特聘教授，中原科技创新领军人才，享受河南省政府特殊津贴，河南省学术技术带头人，河南省高校创新人才；兼任中国岩石力学与工程学会软岩专业委员会理事。长期从事矿山压力与岩层控制方面的教学与科研工作。主持国家自然科学基金项目4项，河南省高校创新人才项目及大型企业委托项目40余项。获省部级科技进步奖10余项，在各类期刊及学术会议上发表学术论文70余篇，其中被EI、SCI收录50余篇，出版著作3部，获国家发明专利10余项。
坚持围绕煤矿巷道顶板灾害智能预测及控制开展研究，形成了“巷道顶板岩层结构探测与识别”“巷道锚固支护参数智能精准设计”“锚固力增强与防衰减理论及技术”三个稳定研究方向。取得如下主要创新性成果：①阐明了锚固孔钻进指标与巷道顶板稳定关系，形成了巷道顶板沉积岩体特征识别理论体系。基于研制的初代巷道顶板沉积岩随钻探测设备，初步形成了巷道顶板沉积岩随钻探测方法。②基于锚固孔钻进劣化机理，自主研发了极软弱煤岩体锚固孔成孔装置，研发了底板锚固孔快速成孔技术及机具。研制了可重复快速注浆装置，形成了软弱破碎掘进工作面漏顶片帮预控理论与成套技术。③揭示了扩大锚固孔锚固力增强机理，研制了配套施工装置。明确锚固界面缺陷是导致锚固力低下的关键因素，厘清了恶劣围岩条件锚固剂状态对锚固性能影响的机制，研制了系列锚固力增强抑衰装置。研究成果在国家能源、河南能源、晋能控股集团等企业进行了推广应用，经济社会效益显著，为推进河南乃至全国煤炭行业科技进步、提升煤炭企业形象做出了贡献。
刘少伟,李小鹏,朱雯清,等.沿空留巷密集钻孔切顶机理及关键参数确定方法[J].煤炭科学技术，2024，52（2）：23−33.
LIU Shaowei，LI Xiaopeng，ZHU Wenqing, et al.Roof cutting mechanism of dense drilling in gob-side entry retaining and determination method of key parameters[J]. Coal Science and Technology，2024，52（2）：23−33.
END 责任编辑：常 琛
整 理：黄小雨
责任编辑：常 琛
整 理：黄小雨
