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1、能源技術(shù)與管理2016年第4l卷第1期66EnergyTechnologyandManagementV01．41No．1doi：10．39696．issn．1672-9943．2016．01．026淺埋深綜采覆巖破壞狀態(tài)及與支架關(guān)系研究于紅林，張銀，李強(1．大同煤礦集團有限責(zé)任公司同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西大同037000；2．陜煤銅川礦業(yè)公司下石節(jié)煤礦，陜西銅川727000)[摘要]為了充分認(rèn)識淺埋深綜采覆巖破壞狀態(tài)以及相應(yīng)的支架與圍巖關(guān)系，分別運用有限元軟件FLAC。和離散元軟件3DEC，模擬得出了淺埋煤層綜采覆巖破壞
2、狀態(tài)和支架壓力與頇板下沉量關(guān)系曲線，結(jié)果表明，淺埋煤層綜采具有切落式破壞的特點，并且支架壓力與頂板最大下沉量之間近似呈負(fù)直線關(guān)系。研究結(jié)果符合現(xiàn)場實際情況，可為指導(dǎo)生產(chǎn)實踐服務(wù)。[關(guān)鍵詞]淺埋深綜采；覆巖破壞狀態(tài)；支架與圍巖關(guān)系；數(shù)值模擬[中圖分類號]TD326[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1672_9943(2016)01-066-03O引言巖性描述柱狀我國淺埋煤層開采有近30a的歷史，取得了I2．64m黃土：土黃色，未膠結(jié)，含鈣質(zhì)結(jié)核，疏松，與諸如短砌體梁模型、承壓砌塊模型、單一關(guān)鍵層理下伏地層呈不整合接觸關(guān)系。論等大量的研
3、究成果_1，對于淺埋煤層開采具有4．5m砂質(zhì)泥巖：灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)重要指導(dǎo)意義。但針對淺埋煤層的定義，目前尚無3．55m砂質(zhì)泥巖：灰白一灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的認(rèn)識，對淺埋煤層開采的礦壓理論也沒4．10m粉砂巖：淺灰色，層狀有形成共識。因此，需要在淺埋深綜采覆巖結(jié)構(gòu)破1．70m細(xì)粒砂巖：灰白一灰色，層狀I(lǐng)，／壞、支架與圍巖關(guān)系等方面做更加深入的研究工2．05m粉砂巖：灰白一灰色，層狀、／作。／＼3DEC數(shù)值軟件是一種離散元軟件，能夠很1．35m細(xì)粒砂巖，灰白一灰色，層狀}；好地模擬反映出煤層開采后的覆巖破壞狀態(tài)，而6．95m砂質(zhì)泥巖
4、：灰色，薄層狀，半堅硬FLAC如模擬軟件是有限元軟件，對于應(yīng)力和位移煤結(jié)構(gòu)：黑色，由暗煤亮煤和絲炭組成‘{
5、的變化反映較為直觀、準(zhǔn)確。本文分別針對兩種數(shù)：1．8o(o．90)0．55薰值模擬軟件的特點，基于在鄂爾多斯地區(qū)淺埋煤2．20m砂質(zhì)泥巖：灰色，薄層狀‘{——-i層工作面長期的現(xiàn)場工作，并針對該地區(qū)的地質(zhì)／3．40m細(xì)粒砂巖：灰白一灰色，層狀＼條件和開采條件，以典型礦井凱達(dá)煤礦為例進行圖1凱達(dá)煤礦3603上工作面鉆孔綜合柱狀數(shù)值模擬研究。煤層厚度為3．5m，埋深為28ITI。固定模型左右側(cè)1淺埋煤層開采覆巖破壞狀態(tài)的數(shù)值
6、模的水平位移，底端固定水平位移和法向位移。所建擬分析立的模型如圖2所示，模擬采用的煤巖物理力學(xué)利用3DEC數(shù)值軟件模擬淺埋煤層開采覆巖參數(shù)如表1、2所示。運移破壞規(guī)律，凱達(dá)煤礦3603上工作面綜合鉆孔柱狀圖如圖1所示。1．1模型的建立根據(jù)鉆孔柱狀圖建立立體模型，其尺寸為300m×150m×38m，即走向推進長度300m使覆巖達(dá)到充分破壞狀態(tài)，工作面長度取150m一次開挖，模型高度按照鉆孔柱狀取38m。本模擬圖2數(shù)值模擬模型能源技術(shù)與管理2016年第41卷第1期68EnergyTechnologyandManagementVo1
7、．41No．1位移變化特征具體表現(xiàn)在：①上覆巖層是在拉、壓l，=一1．0557x+4．1642R=0．9362(1)和剪切應(yīng)力綜合作用下發(fā)生屈服破壞的，且以拉、由擬合方程可知，淺埋煤層綜采工作面頂板剪切破壞為主；②在地質(zhì)、開采條件相近的情況最大下沉量與支架阻力呈負(fù)相關(guān)，且更接近于直下，切落破壞是等距的。由位移等值線圖4fa)可線關(guān)系。由此，提高支架支護阻力對于預(yù)防頂板離知，工作面每推進10m即發(fā)生一次破壞，破壞形層和切頂壓架具有重要作用。態(tài)和寬度相同，切落覆巖所有點位移均相同；③工4結(jié)論作面前方上隅角煤壁及頂板屬于拉應(yīng)力集中區(qū)
8、，易發(fā)生拉伸破壞而煤壁片幫、超前冒落等；工作面基于兩種數(shù)值模擬方法研究淺埋深綜采覆巖后方屬于壓應(yīng)力集中區(qū)，工作面支架尾梁可能承移動破壞規(guī)律，得到如下結(jié)論：①淺埋綜采覆巖發(fā)受較大載荷。因此，應(yīng)注重煤壁和頂板管理工作。生整體切落式破壞，地表具有臺階下沉，可劃分為切落壓實區(qū)和切落區(qū)兩部分；為防止淺埋煤層切3淺埋煤層開采支架壓力與頂板下沉量頂壓架事故，開采實踐中要求支架的初撐力必須關(guān)系達(dá)到規(guī)定要求。②淺埋覆巖破斷以拉剪為主，地支架與圍巖相互作用關(guān)系主要體現(xiàn)在指支架質(zhì)、開采條件相似時具有等距離切落特點，端面及壓力和頂板下沉量的關(guān)系，只有
9、在底板軟弱、煤幫煤壁處于拉應(yīng)力集中區(qū)，支架處于壓應(yīng)力集中區(qū)，不穩(wěn)定的情況下，支架與底板和煤壁關(guān)系的重要為來壓預(yù)報及煤壁片幫防治等提供依據(jù)。③與一性才突出。采用建立的數(shù)值模型，模擬分析淺埋般埋深條件下支架與圍巖的雙曲線或類雙曲線關(guān)深工作面支架與圍巖關(guān)系，即支架與頂板關(guān)系。由系不
