采场覆岩移动组合岩梁理论.pdfVIP

第21卷第5期 地 下 空 间 V01．21No．5 2001年12月 UNDERGRoUNDSPACE Dec．200l 文章绾号；1001—831x(2001)05一0341．05 采场覆岩移动的组合岩梁理论’ 粱运培 (煤炭科学研究总院重庆分院，重庆400037) 摘要：文中提出了采场上覆岩层移动的组合岩莱理论，将岩层移动的关键层、 岩层蛆合以及层间离层统一在组合岩栗理论体束中，建立1关犍层、岩层蛆台以及层 闻离层的皖一判别准则I并进行7实例分析。然后对组合岩梁理论在岩层移动规律研 究、地表沉陷控制以及在矿井瓦斯防治中的应用进行1深入地研究。蛆合岩梁理论的 建立，为采场矿压和岩层移动的研究提供了一种新的思想和方法。 关羹词；覆岩移动}组合岩渠理论}实例分析l应用 中圈分类号：TD325 文献标识码：A 采场覆岩移动规律和矿山压力是采煤行业的重要研究内容之一，现已经遂步发展成为一 个独立的学科分支。其研究内容主要包括：覆岩移动破坏规律、地表沉陷及其控制I采场上覆岩 层的结构及其对。支架一围岩”关系的髟响I采动裂隙和离层的分布及其对地下渗流的影响。钱 鸣高院士提出的岩层控翻中的关键层理论“]，是该领域的重要研究成果之一I从岩层移动的特 点出发，国内有的学者定性地提出“可将上覆岩层按坚硬岩层分成若干个岩层组，而每一个岩 层组的底板则为坚硬岩层虻日{有的学者通过对离层的研究，寻求控制地表沉陷的途径。由于各 个方面研究的目的、出发点和侧重点各不相同．方法和手段也有区别，尚未建立统一的采场顶 板岩层力学模型，未能将岩层移动中的关键层、岩层组合和离层等现象作出相互关联的解释， 未能将它们联系起来形成一个统一的理论体系。本文将岩层移动中的关键层、岩层组合和层同 离层统一起来，提出了组合岩粱理论。 1组合岩梁理论的建立 采场顶板是由岩性、强度和厚度各异的岩层，按一定顺序组合在一起形成的多个不同的岩 层组合。在每一个岩层组合中，位于最下层的岩层是关键层．它的移动和破坏控制着整个岩层 组合的活动．在相邻的两个岩层组合之间由于变形不协调，将产生层间的动态离层。 1．1采场疆岩的组合岩鬃力学模型 为了对采场上覆岩层内的应力进行定量分析，对岩层的移动和破断规律进行研究，需要明 确采场覆岩的力学模型。采场覆岩是在特殊的沉积环境下形成的层状岩体，其变形和破坏过程 ·收■日期：2001一05一09 作者筒升：集运培(1971一)，男，硬士，工程师，从事煤矿安全方面的科研工作． 地 下 空 间 第2l卷 与组合板相似，可将其视为由不同厚度、不同 岩性的岩板有序叠合而成的组合岩板。这种 组合板状岩体的变形机制，可以抽象为岩层 在采矿扰动下发生的多组组合岩板的弯曲组 合。由于回采工作面倾向方向的长度远大于 老顶岩层走向的悬露跨距，因此，可以将顶板 岩层的组合岩板模型简化为组合岩梁模型， 如图1所示。组合岩粱中任一层岩梁及岩梁 上任意一点的受力分析，见图2所示。 图1栗场覆岩组合岩粱力学模受 1．2岩粱上覆岩层载荷的确定 A．采空区B．岩层组合c．关健层D．层间离层 假定顶板第一层岩层到第n层岩层为一 个岩层组合，根据材料力学的组合梁原理，岩层组合每一截面的剪力Q和弯矩M都由n层岩 层中各层的小截面来承担，其关系为： Q=Q1+Q2+Ql+…+Q。； M—M1+M2+Ms+…+M。。 各层岩层的曲率ki与弯矩(M；)z的关H／； 系是： 、l 仁去=践 m —， 式中：A一第i层岩层的曲率半径I Ei一第i层岩层的弹性模量} 。，一l囚【一o， Ji