超長(zhǎng)綜放工作面頂板破斷規(guī)律研究_圖文

1、 收稿日期 :2009-11-16 作者簡(jiǎn)介 :崔樹(shù)江 (1972- , 男 , 內(nèi)蒙古赤峰人 , 工程師 , 畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院 , 現(xiàn)任余吾煤業(yè)公司副總經(jīng)理 , 主要從事生產(chǎn)管理工作 。超長(zhǎng)綜放工作面頂板破斷規(guī)律研究崔樹(shù)江(山西潞安礦業(yè)集團(tuán) 余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司 , 山西 長(zhǎng)治 046013 摘 要 :超長(zhǎng)綜放工作面除了在工藝和設(shè)備配套等方面有自身的特點(diǎn)之外 , , 面必須采取一些特殊的措施 , 。 、 數(shù)值模擬 和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等研究手段 , 山壓力顯現(xiàn)規(guī)律 , , 。 ; ; 數(shù)值模擬 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :1671-0959(2010 0220032203 在大功率和高可靠性設(shè)備配

2、備的基礎(chǔ)上 , 為了充分發(fā) 揮工作面設(shè)備的綜合效能 , 工作面尺寸 (尤其是工作面長(zhǎng) 度 不斷增大 , 工作面單產(chǎn)隨工作面長(zhǎng)度的加長(zhǎng)而增加 。此 外 , 工作面長(zhǎng)度加大后 , 可減少巷道掘進(jìn)率和工作面搬家 次數(shù) , 從而大幅度提高工作面工效 。 因此在設(shè)備配備 (尤其 是工作面刮板輸送機(jī)的能力 和地質(zhì)條件一定的前提下 , 加 長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度 , 已成為工作面高產(chǎn)高效主要技術(shù)方向之一 。布置超長(zhǎng)綜放工作面 , 實(shí)現(xiàn)高度集中生產(chǎn) , 由此引起 采場(chǎng)覆巖的大范圍破壞與運(yùn)動(dòng) , 對(duì)采場(chǎng)礦壓和巖層移動(dòng)會(huì) 產(chǎn)生變化 , 文章主要針對(duì)超長(zhǎng)綜放工作面的頂板巖層破壞規(guī)律展開(kāi)相應(yīng)的研究工作 。1 工作面概況余吾煤業(yè)

3、公司 S1201工作面為大采高超長(zhǎng)綜放工作面 , 工作面走向長(zhǎng)度 937m, 傾斜長(zhǎng)度 280m, 所采 3#煤層厚度 為 51716115m, 平均 5185m, 煤層普氏系數(shù)為 018, 地應(yīng) 力為 650750k N /m2; 煤層整體為向西傾斜的單斜構(gòu)造 , 坡度為 0°5°, 平均坡度 3°, 煤層含一層 0105m 夾矸 。 工 作面煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表 1。表 1 S 1201工作面頂?shù)装鍘r性表頂板名稱 巖石名稱 厚度 /m巖石描述老 頂 砂泥巖互層 >9以細(xì)粒砂巖為主 , 夾薄層粉砂巖 , 粉砂巖中含植物化石 , 局部炭化 , 含少量云母 片

4、, 裂隙較發(fā)育 , 具交錯(cuò)層理和微波狀層理直接頂 細(xì)粒砂巖31855150深灰色 , 薄層狀 , 具滑面。 性脆、 易碎 , 裂隙較發(fā)育 , 含植物化石 , 斷口參差狀偽 頂 泥 巖 00174灰黑色 , 薄層狀 , 易碎直接底 泥巖 粉砂巖 01300196深灰色 , 薄層狀 , 裂隙較發(fā)育 , 中部含云母片 , 含植物化石印痕 , 頂部有 0110m 砂 質(zhì)泥巖老 底中粒砂巖 細(xì)粒砂巖11003125灰色 , 薄層狀 , 含云母碎片 , 下部裂隙比較發(fā)育 , 分選差 , 含雜基 , 硅質(zhì)膠結(jié)2 物理模擬隨著回采工作面自開(kāi)切眼開(kāi)始推進(jìn) , 根據(jù)已采空面積 的情況 , 懸露的基本頂巖層由于與上

5、部巖層的離層因而可 以視為薄板 。 對(duì)于薄板的破斷規(guī)律 , 可以采用相似材料模 擬試驗(yàn) , 研究在不同支承條件下 , 不同工作面長(zhǎng)度時(shí)的板 的破斷形狀 。 由于考慮基本頂巖層的初次斷裂及 S1201綜 放面兩巷均處于實(shí)體煤范圍的條件下 , 因此主要考慮薄板 在四邊固支條件下的破斷規(guī)律 。在實(shí)驗(yàn)室模擬了兩種工作面長(zhǎng)度條件下的薄板破斷規(guī) 律 , 見(jiàn)表 2。隨著工作面推進(jìn) , 采空區(qū)頂板巖層的破斷形狀隨著 a /b 的值變化而變化 (a 為初次破斷距 , b 為工作面長(zhǎng)度 , 當(dāng)a /b <1時(shí)發(fā)生豎 X 型破壞 , 當(dāng) a /b =1或接近 1時(shí) , 則形成X 型破壞 , 而當(dāng) a /b &

6、gt;1時(shí) , 則形成橫 X 型破壞 , 如圖 1所示 。23 生產(chǎn)技術(shù) 煤 炭 工 程 2010年第 2期 表 2 基本頂巖層破斷的相似模擬試驗(yàn)工作面實(shí) 際長(zhǎng)度 /m模型長(zhǎng) 度 /m模型厚 度 /m配比 模型 2801150118715 6125 6125模擬試驗(yàn)結(jié)果如圖 2所示 ?？梢钥闯?, 兩種工作面長(zhǎng) 度的頂板破斷形式均為豎 X 型破壞 , 并且隨著工作面的推 進(jìn) , 頂板板結(jié)構(gòu)模型也要發(fā)生周期性斷裂 。 在板的四周形 成上部張開(kāi) , 下部閉合的裂隙 , 而在 X 型部位則形成上部 閉合而下部張開(kāi)的裂縫 。圖 2 模擬試驗(yàn)情況兩種模型豎 X 型破斷過(guò)程以及形成的周期性斷裂過(guò)程 存在明

7、顯差異 , 其差異主要為 :1 模型 (面長(zhǎng) 180m 板的破壞過(guò)程為 :破斷裂縫先短邊裂縫延伸 裂縫在四周形成貫通 板中央沿 Y 向裂縫延伸 板的豎 X 型破壞 , 如圖 3所示 。 2 模型 (面長(zhǎng) 280m 板的破壞過(guò)程為 :板的中央部位出現(xiàn)局部 X 型破壞 破斷裂縫沿長(zhǎng)邊向兩邊延伸兩側(cè)出現(xiàn)新的短邊裂縫 裂縫在四周貫通 板中央 Y 向裂縫延伸板的豎 X 型破壞 , 如圖 4所示 。3 模型 板的初次斷裂步距為 21c m, 模型 板的初次斷裂步距為 14c m; 模型 板的周期性斷裂步距 11c m, 模 型 板的周期性斷裂沿工作面方向出現(xiàn)不同步特性 , 周期 性斷裂步距平均為 7c m

8、 。由此可以看出 , 超長(zhǎng)工作面頂板 巖層的破斷特征和一般工作面有明顯的不同 , 工作面加長(zhǎng) 以后 , 周期來(lái)壓沿工作面方向出現(xiàn)不同步特性 , 初次來(lái)壓 步距和周期來(lái)壓步距都較相同地質(zhì)條件而面長(zhǎng)較短的工作 面小 。3 數(shù)值模擬為深入研究 S1201工作面圍巖應(yīng)力及變形特點(diǎn) , 將該 工作面基本頂視為厚板進(jìn)行了有限元數(shù)值分析 。計(jì)算分兩 種情形 : 采場(chǎng)推進(jìn)至 25m 時(shí) , 模擬采場(chǎng)初次來(lái)壓 , 計(jì)算 模型尺寸為 280m ×25m, 模型的邊界條件為四邊固支 ; 采場(chǎng)推進(jìn)至 38m 時(shí) , 模擬采場(chǎng)周期來(lái)壓 , 計(jì)算模型尺寸為280m ×13m, 模型邊界條件為三邊固支一

9、邊自由 。同時(shí) ,為比較 S1201超長(zhǎng)工作面與一般工作面的異同 , 分析計(jì)算 了同樣推進(jìn)距離而工作面長(zhǎng)度為 180m 的情況 。 計(jì)算時(shí)取基 本頂?shù)膸r性參數(shù)為彈性模量 E =30GPa, 泊松比 =013。從計(jì)算結(jié)果可以看出 , 不同長(zhǎng)度工作面相同推進(jìn)距離 時(shí) , 其變形及應(yīng)力量值相差較大 。 表 3給出了基本頂下沉 量 , 走向應(yīng)力 , 傾向應(yīng)力的最大值 。結(jié)果表明 , 隨著工作面長(zhǎng)度的增加 , 其圍巖變形及應(yīng) 力明顯增大 。 將 S1201工作面 (280m 與一般工作面 (180m 比較 , 基本頂?shù)南鲁亮壳罢呤呛笳叩?1189倍 , 而應(yīng)力則為11581177倍 。 這意味著超長(zhǎng)工作

10、面的來(lái)壓步距明顯小于一般工作面的來(lái)壓步距 。4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)為驗(yàn)證理論分析的準(zhǔn)確性 , 在 S1201超長(zhǎng)綜放面進(jìn)行 了礦壓觀測(cè) , 觀測(cè)結(jié)果如下 :隨 工作面的不斷推進(jìn)及頂煤和直接頂?shù)牟粩嗝奥?, 基33 2010年第 2期 煤 炭 工 程 生產(chǎn)技術(shù) 收稿日期 :2009-04-22 作者簡(jiǎn)介 :齊光輝 (1972- , 男 , 甘肅金昌人 , 礦建工程師 、 注冊(cè)咨詢工程師 , 主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理 、采礦設(shè)計(jì)等方面工作 , 現(xiàn)任靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司科研設(shè)計(jì)院副總工程師 。松軟 、 破碎巖層及過(guò)小窯巷道支護(hù)設(shè)計(jì)齊光輝(靖遠(yuǎn)煤業(yè)公司科研設(shè)計(jì)院 , 甘肅 白銀 730913 摘 要 :針對(duì)

11、松軟 、 破碎 、 膨脹巖石及穿過(guò)小窯采空區(qū)的巷道 , 、 鋼 架配合鋼筋混凝土背板及噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)支護(hù)行式 , , 從而實(shí)現(xiàn) 可靠支護(hù) 。 關(guān)鍵詞 :軟巖巷道 ; 破碎巖層 ; 中圖分類號(hào) :T D353:1671-0959(2010 02200342031 概 述長(zhǎng)期以來(lái) , 軟巖巷道支護(hù)問(wèn)題一直是煤礦生產(chǎn)建設(shè)過(guò) 程中的難題 , 也是目前國(guó)內(nèi)外還未能很好解決的問(wèn)題 。特 別是深部礦井 、 斷層破碎帶 、 巖石風(fēng)化帶以及老礦區(qū)穿越 小窯采空區(qū)等 , 使這類問(wèn)題愈顯突出 。對(duì)于松軟巖層的支護(hù) , 常用的有料石或混凝土砌碹 , 棚式支架支護(hù)以及錨網(wǎng)噴支護(hù)等 。以錨桿為主體構(gòu)件的錨 網(wǎng)噴支護(hù)具

12、有較高的承載能力和很好的可縮性 , 并能進(jìn)行 全方位的支護(hù) , 能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)深入圍巖內(nèi)部加固圍巖 , 提 高圍巖自身承載能力并和圍巖一起形成一個(gè)加固圈 , 最大 限度地發(fā)揮圍巖的承載能力 , 能夠滿足軟巖支護(hù)性能的要 求 , 目前已在各種軟巖條件下的井巷施工中得到應(yīng)用 , 從 最初的單體錨桿支護(hù)發(fā)展到以錨桿為主的錨 、 網(wǎng) 、 梁 、索 、 桁架組合支護(hù)體系 。對(duì)于松軟巖層及煤層中巷道采用錨網(wǎng) 噴支護(hù)已在全國(guó)各礦區(qū)得到廣泛的運(yùn)用 , 并取得了許多寶 本頂?shù)膽铱缍炔粩嘣龃?, 基本頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?211825m, 且沿工作面長(zhǎng)度方向出現(xiàn)不同步特性 , 即工作面加長(zhǎng)以后 , 基本頂來(lái)壓呈現(xiàn)中間

13、段超前 、兩端頭落后的特征 , 并且工作面上 、 中 、 下部基本頂來(lái)壓步距也不一致 。表 3 工作面基本頂變形及應(yīng)力變化規(guī)律工作面推進(jìn) 距離 /m下沉量 /mm工作面長(zhǎng)度(280m 工作面長(zhǎng)度(180m 走向應(yīng)力 /MPa工作面長(zhǎng)度(280m 工作面長(zhǎng)度(180m 傾向應(yīng)力 /MPa工作面長(zhǎng)度(280m 工作面長(zhǎng)度106105610211213140121507166 當(dāng)工作面推進(jìn)到基本頂?shù)臉O限跨距時(shí) , 基本頂分別在 兩端和中部發(fā)生斷裂 ?；卷斣跀嗔押蠡剞D(zhuǎn)過(guò)程中形成力 矩所產(chǎn)生的支承壓力主要由煤壁來(lái)承擔(dān) , 因此基本頂?shù)膩?lái) 壓首先表現(xiàn)為煤壁片幫 , 隨基本頂進(jìn)一步回轉(zhuǎn)和下沉 , 作 用在支架上的載荷范圍增大 , 使支柱流量增加 , 支架阻力 也急劇上升 。S1201超長(zhǎng)綜放面基本頂?shù)某醮魏椭芷趤?lái)壓對(duì)工作面造成比較強(qiáng)烈的礦山壓力顯現(xiàn) , 主要表現(xiàn)為支架阻力急劇上 升 、 煤壁片幫等 。5 結(jié) 論針對(duì)余吾煤業(yè)公司 S1201超長(zhǎng)綜放工作面的賦存特征采用物理模擬 、 數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的手段分析了頂板的 破斷規(guī)律 , 得到如下結(jié)論 :1 超長(zhǎng)工作面頂板的破壞