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《煤層頂?shù)装迤茐纳疃扔嬎?doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、煤層底板破壞深度計算目前，國內(nèi)外對底板破壞深度的研究已經(jīng)有許多種方法，本次研究主要是運用彈塑性力學(xué)方法結(jié)合莫爾—庫侖（Mohr-Coulomb）強度理論，依現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，輔助進行計算機數(shù)值模擬，綜合計算顯德汪礦9#煤層底板巖體受采動影響的最大破壞深度，并提出該礦區(qū)9#煤層底板破壞深度的經(jīng)驗公式，為企業(yè)的安全開采提供科學(xué)依據(jù)。6.1底板巖體破壞帶空間分布形態(tài)許多學(xué)者對煤層底板采動影響規(guī)律進行了研究，提出了煤層底板巖體采動帶的空間分布形態(tài)。6.1.1近水平煤層煤層回采后，其頂板以冒落角ψ向上冒落，最終形成頂板中部冒落的比較充分，采空區(qū)在中部充
2、填較密實，而在采空區(qū)兩側(cè)頂板冒落得最不充分，充填不實（圖6-1）。煤層底板在采空區(qū)兩側(cè)有較大的自由空間，在地應(yīng)力作用下，底板巖體能夠充分膨脹，產(chǎn)生較多的采動裂隙，近水平煤層在采動邊緣下方附近巖體的破壞深度最大。圖6-1煤層頂板巖體冒落示意圖煤層底板中破壞帶的形態(tài)也可用計算的方法得出?？紤]到底板巖體的受力狀態(tài)，以圖6-2中的X1XI剖面作為計算模型，作用在彈性表面某一局部面積上的力系，被作用在同一局部面積上的另一靜力等效力系所代替，則載荷的這種重新分布，只在離載荷作用很近的地方才使應(yīng)力的分布發(fā)生顯著變化，在離載荷較遠處影響極小。圖6-2中的X1X
3、I剖面的應(yīng)力分布圖形可采用等效模型（圖6-3）代替。圖6-2中等效應(yīng)力q＝(n+1)P0/2，作用寬度為工作面端部至應(yīng)力峰值距離（xa）的圖6-2長壁工作面支承壓力分布圖圖6-3底板上應(yīng)力簡化示意圖（P0─原始應(yīng)力）2倍，即L＝2xa。煤層底板內(nèi)巖體自重產(chǎn)生的應(yīng)力為γz，在平面應(yīng)變狀態(tài)中，底板巖體任意點M的主應(yīng)力為：（6-1）（6-2）（6-3）在多向應(yīng)力作用下，巖體發(fā)生破壞時服從Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，即σ1-Kσ3＝Rc，將（6-1～6-3）式代入上式后，得：（6-4）式中：Rc─巖體的單軸抗壓強度；γ─巖體的容重。（6-5）式中
4、：─底板巖體內(nèi)摩擦角。（6-6）根據(jù)公式（6-4）計算得出的煤層底板巖體中破壞帶的形態(tài)見圖6-4所示，破壞帶的范圍按圖中1→2→3→4的順序發(fā)展。圖6-4巖體破壞帶的發(fā)展過程（h1─底板巖體最大破壞深度）6.1.2傾斜及急傾斜煤層原蘇聯(lián)學(xué)者E.G.Gaziev和S.A.Enlikhman（1971）采用石膏-硅藻土模擬了層狀塊狀巖體在不同條件下受均布力作用的狀況，得出了巖層中應(yīng)力的傳播規(guī)律（圖6-5）。經(jīng)分析知：在相同的外載作用下，當(dāng)0°＜а≤45°時，巖層在上山之間的應(yīng)力傳播深度大于下山方向；當(dāng)45°＜а≤90°時，則相反；當(dāng)а＝0°或а＝9
5、0°時，巖層中的應(yīng)力傳播深度在各個方向相同。對于在煤層回采工作面，則煤壁正下方的底板巖體受集中應(yīng)力的作用，其應(yīng)力傳播與圖6-5有類似的規(guī)律。當(dāng)煤層傾角0°＜а≤45°時，煤層底板在下山方向的應(yīng)力傳播深度大于上山方向[6]，從而導(dǎo)致煤層底板破壞帶的深度在下山方向較大（圖6-6a）。當(dāng)煤層傾角45°＜а≤90°時，煤層底板在上山方向的應(yīng)力傳播深度大于下山方向，在上山方向煤層底板破壞帶的深度較大（圖6-6b）。圖6-5層狀塊狀巖體底板內(nèi)部應(yīng)力等值線（а為巖層傾角）ab圖6-6煤層底板破壞形態(tài)（a為傾斜煤層；b為急傾斜煤層）從受力角度分析，在緩傾斜及傾
6、斜煤層的下出口附近，煤層底板承受的集中應(yīng)力大于上出口附近的集中應(yīng)力，煤層底板承受的水壓力也是下出口附近的較大，煤層底板在下出口附近裂隙較發(fā)育。由于煤層的傾角不大，采空區(qū)冒落巖石的滑移起不了主要作用，然而急傾斜煤層不同，在自重力作用下，冒落的采空區(qū)的巖石將向采空區(qū)下部滑移，充填堅實的冒落巖石限制了下出口附近煤層底板的膨脹，阻礙了裂隙的形成，所以，急傾斜煤層的底板破壞深度在上出口附近較大。顯德汪礦9#煤層屬于緩傾斜煤層，所以在下出口附近底板巖體的破壞深度值大于上出口。6.2底板巖體破壞深度理論計算6.2.1采場邊緣破壞深度計算根據(jù)張金才等人的研究[
7、10]，采場邊緣的應(yīng)力場為：（6-7）（6-8）（6-9）根據(jù)彈性理論知，求解主應(yīng)力的公式為：（6-10）把采場邊緣的應(yīng)力場計算公式（6-7～6-9）代入上式，可求得在平面狀態(tài)下（即σ3=0）的采場邊緣的主應(yīng)力：（6-11）（6-12）（6-13）將（6-11～6-13）式代入Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則方程（σ1-Kσ3=Rc）后，可得到平面應(yīng)力的采場邊緣破壞區(qū)的邊界方程：（6-14）根據(jù)（6-14）方程，可繪制出采場邊緣由于應(yīng)力集中而形成的破壞區(qū)形態(tài)（圖6-7）。根據(jù)該圖形可知，垂直于開采層的巖體破壞深度h為：（6-15）即：（6-16
8、）圖6-7采場邊緣巖體破壞形態(tài)為求解煤層底板巖體最大破壞深度，令dh/dθ＝0，得：（6-17）求解以上三次方程，得到有效解約為θ≈74.84°，也就
