大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动型式及对矿压的影响.pdfVIP

. 第 卷第 期 煤 炭 学 报. 年月 文章编号: ? ??大采高采场关键层“悬臂梁 结构运动型式及 对矿压的影响 鞠金峰 ,许家林 ,王庆雄.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州; .中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 摘 要:通过理论分析并结合模拟实验,提出了大采高覆岩关键层“悬臂梁”结构的 种运动型式, 即:“悬臂梁”直接垮落式、“悬臂梁”双向回转垮落式、“悬臂梁一砌体梁”交替式。结合关键层“悬 臂梁”与“砌体梁”结构对采场矿压影响的对比分析,揭示了关键层“悬臂梁”结构 种运动型式对 采场矿压的不同影 向规律,并得到了补连塔煤矿 . 支架综采工作面矿压实测数据的验证。 关键词:大采高;关键层;悬臂梁;运动型式;矿压;砌体梁 中图分类号: 文献标志码:.. . . . ,., ,, ; .,, ,:,:‘ ’ ,‘ ’ ?.‘’ . ‘ ’‘’ ,,? . . : ; ; ;;;近年来,大采高开采技术在我国得到了广泛的应 “悬臂梁”结构的运动型式如何,以及这种运动将对 工作面的矿压产生怎样的影响,却没有与之相关的研 用,很多矿区相继采用了这种开采工艺,同时,与之相 关的设备配套、采场矿压、顶板控制等理论与实践的 究。文章通过理论分析并结合模拟实验提出了大采 高覆岩关键层“悬臂梁”结构运动的 种型式,并分 研究也越来越多,并取得了很多显著的成果 。工 析了各种运动型式对工作面矿压的影响,最终用现场 作面采高加大后,覆岩垮落带高度随之加大,在普通 实测数据进行了验证。 采高中能形成稳定“砌体梁”结构的关键层 基本 顶 ,也将进入垮落带而最终以“悬臂梁”结构破断运 大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动分 动的型式存在,而关键层的“砌体梁”铰接结构需在 析 更高的层位才能形成,此观点已得到采矿界广大学者 在大采高采场中,由于采高较大,若覆岩第 层 的普遍认可¨ 。但对于进入垮落带的关键层这种 收稿日期:? ? 责任编辑:韩晋平 基作拿者简介目:国家自然科学基金和神华集团联合资助项目;江苏高校优势学科建设工程资助项目 : 鞠金峰 一 ,男,江苏如皋人,博士研究生。 ?:. 煤 炭 学 报 年第 卷 关键层距离煤层较近,那么关键层将会进入垮落带而 的已断块体,其垮落位置不同时,待断块体的回转角 出现一定长度的悬顶。文献 根据直接顶岩层组 也会不同,如图 所示。待断块体断裂回转时是以一 合结构,将大采高直接顶划分为 、 、 型 种类型, 定的回转半径 旋转的,若工作面后方已断块体垮落 并将进入垮落带的关键层定义为直接顶关键层,如图 位置在推进方向上距离待断块体较近 图 ,则 所示。虽然这类关键层因无法形成铰接平衡结构 待断块体只需回转很小的角度就会触及已断块体而 而垮落于采空区中,但由于其具有较大的强度和厚 形成稳定的铰接结构;相反,若已断块体的垮落位置 度,破断时仍以一定的断裂步距破断,因此,将其与一 靠后 图 ,则待断块体需要回转很大的角度才 般直接顶的破碎岩块同等视之,显然是不合理的。 能触及到它,若最终的回转角超过了块体能形成稳定 结构所能达到的最大回转角,待断块体将会失去平衡 而直接垮落。 图 大采高工作面 型直接顶示意.图 关键层 破断块体运动模型.实际上,大采高采场覆岩关键层呈现悬臂垮落的 本质原因,是由于破断块体回转角过大而使铰接处发 因此,处于大采高覆岩垮落带中的关键层,其破 生回转变形失稳造成的,即较大的回转角造成了关键 断运动时并不是一直单纯以“悬臂梁”的型式直接垮 层的直接垮落。图 所示的关键层 处于大采高采 落,其破断块体的运动会受到工作面后方已断块体的 场的垮落带中,其规则块度的破断将垮落带分界成 垮落位置、“不规则垮落带”冒落矸石的碎胀系数以 “规则垮落带”和“不规则垮落带”两个区域。对于关 及关键层块体的断裂步距的影响而改变,有时也会破 键层 待断块体的回转角可计算为 断形成稳定的铰接结构。 / 大采高采场关键层“悬臂梁”结构运动型 其中,△为破断块体的下沉量; 为块体的断裂步距。 式 由此可见,待断块体的下沉量及其断裂步距将直接影 响到块体的回转角,进而影响到块体的运动形态。即 为了直观反映大采高工作面开采时,覆岩关键层 当待断块体的下沉量较小,而断裂步距较大时,块体 “悬臂梁”结构的运动情况,采用相似材料模拟实验 将只发生较小的回转角即可触矸,此块体也将会因较 对其进行了模拟。选用重力应力条件下的平面应力 小的回转角而形成稳定的铰接结构。 模型架进行实验,实验架长 ,宽。模型的 几何比为 : ,重力密度比为 . 。采用简化的实 验模型,将各岩层进行简化,建立如图 所示的实验 模拟方案。 图 大采高工作面覆岩关键层结构运动不恿 .由于关键层 是