大倾角变角度综放工作面顶板运移与支架稳定性分析

发布时间：2019-09-26 23:41

【摘要】：为解决大倾角煤层变角度综放工作面"支架-围岩"系统稳定性控制的难题,以枣泉煤矿120210工作面综放开采为工程背景,采用平面相似模拟实验、理论分析和现场矿压观测等综合研究方法,重点研究了角度变化过渡区域"支架-围岩"系统稳定性,分析得出了大倾角变角度综放采场围岩变形破坏及支架稳定性的分区域特征.结果表明:在大倾角变角度工作面,上部区域是安全高效生产的主体区域,下部区域是整体稳定性的基础,中部区域是安全高效生产与系统稳定协调转换的关键区域,并提出基于工作面仰伪斜变角度布置、顶煤放出量和支架工作阻力分区域控制的大倾角变角度工作面围岩稳定性控制技术.
【图文】：

分析图,力学模型,顶板,应力分布

第３期王红伟等：大倾角变角度综放工作面顶板运移与支架稳定性分析图１覆岩倾向垮落特征Ｆｉｇ．１Ｔｅｎｄｅｎｃｙｃａｖｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒａｔａ大倾角变角度工作面倾向覆岩结构由中上部区域的“悬臂梁”和下部区域的倾斜砌体组成，可简化为两端固支的弯梁结构（图２），并可按照三次超静定结构处理，并假设弯梁受均布载荷，Ｄ点受力Ｆｘ，Ｆｙ和力矩ＭＤ将其转化为静定结构计算，求得ＣＤ，ＡＣ段任一点的弯矩Ｍ１，Ｍ２为Ｍ１＝ＦｘＸ１ｓｉｎα１＋ＭＤ－ＦｙＸ１ｃｏｓα１－ｑＸ２１２ｃｏｓα１，（１）Ｍ２＝ＦｘＬ２ｓｉｎα１＋Ｘ２ｓｉｎα（）２－ＦｙＬ２ｃｏｓα１＋Ｘ２ｃｏｓα（）２＋ＭＤ－ｑＬ２Ｌ２ｃｏｓα１２＋Ｘ２ｃｏｓα（）２－ｑＸ２２ｃｏｓα２２，（２）式中：Ｘ１为ＣＤ段任一点到Ｄ点的距离；Ｘ２为ＡＣ段任一点到Ｃ点的距离；α１为岩梁ＣＤ段倾角；α２为岩梁ＡＣ段倾角；Ｌ１，Ｌ２分别为ＣＤ，ＡＣ段的长度；ｑ为倾斜砌体所受均布载荷，即某一确定值，与岩性有关．图２顶板岩梁力学模型及应力分布Ｆｉｇ．２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｂｅａｍ利用单位载荷法，在Ｄ点分别施加单位力和力偶，则ＣＤ，ＡＣ段任一点Ｘ１，Ｘ２的弯矩分别为Ｍ１ｘ＝Ｘ１ｓｉｎα

测线布置,测区,支架受力

ｃｅｍｅｎｔｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒａｔａ以上分析显示，变角度工作面受不同倾角的影响位移量具有更加明显的非对称特征，工作面中部区域是上部和下部角度变化的转换区，位移量由垂直位移和水平位移组成，且在角度变化位置１、位置２处发生突变，工作面上部、下部区域直接顶主要发生垂直位移，覆岩位移主要经历弯曲下沉、破断垮落和滑移充填３个阶段，，由于位移量包括滑移充填距离，得出顶板位移最大值要大于工作面开采空间高度．３变角度工作面支架稳定性分析沿工作面倾向布置３个测区（图４）：上部区域（支架编号Ｎｏ．７３～Ｎｏ．１０９）、中部区域（支架编号Ｎｏ．３７～Ｎｏ．７２）、下部区域（支架编号Ｎｏ．１～Ｎｏ．３６），对枣泉煤矿１２０２１０工作面进行了矿压监测．图４测区和测线布置Ｆｉｇ．４Ｌａｙｏｕｔｏｆｓｕｒｖｅｙａｒｅａａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅ通过分析不同测区支架受力随开采的变化，得出１２０２１０综放工作面沿倾斜方向支架受力具有明显的分区特征（图５）．图５工作面倾向支架受力状态变化Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｆｏｒｃｅｃｕｒｖｅｓｓｔａｔｅｏｆｓｕｐｐｏｒｔｓａｌｏｎｇｔｅｎｄｅｎｃｙ由图５知，在下部区域支架所受载荷最大，平均２９．５ＭＰａ，且支架受力不均、变化范围大；中部区域支架所受载荷小于下部区域，平均载荷２７．１５ＭＰａ，支架受力较均匀；上部区域支架受载荷最小，平均载荷２３．７ＭＰａ，支架受力均匀，且随着工作面推进变化幅度较小．在角度转换位置１、位置２内支架受力出现零，造成顶板－支架－底板（Ｒ－Ｓ－Ｆ）系统构成元素的“非完整性
【作者单位】：教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室;西安科技大学能源学院;
【基金】：国家自然科学基金重点项目(51634007) 陕西省自然科学基础研究计划项目(2016JQ5019) 陕西省教育厅专项科学研究计划项目(2016JK1491)
【分类号】：TD325

【参考文献】