俯伪斜开采采场顶板破断模型与工程实测研究

发布时间：2020-03-08 14:34

【摘要】：根据俯伪斜开采采场布置呈平行四边形特点,基于弹性薄板小挠度理论,建立了俯伪斜开采基本顶力学模型;采用康托洛维奇法推导得到工作面初采和正常推进2个阶段基本顶弯曲变形近似表达式,揭示了俯伪斜采场基本顶2个阶段变形破断形状效应的力学机理。结合逢春煤矿S2611俯伪斜工作面的实际工程参数,计算得出工作面初次来压步距和周期来压步距分别为12 m和8 m,基本顶破断前最大挠度均为0.08 m,处于工作面中上部位置。对急倾斜薄煤层俯伪斜工作面来压强度低,采空区上、中、下部矸石充填率差异不大及分段来压等特殊矿压现象进行了讨论。
【图文】：

变形曲线,基本顶,步距

取特殊情况α=90°为矩形板，分别与文献[11](四边固支矩形板)和文献[8](三边固支一边简支矩形板)中给出公式的计算结果进行比较，计算的载荷与板的力学参数均参照文献[11]。最终采用本文公式计算得到板中心挠度分别为-0.00136m和-0.00581m(文献分别为-0.00130m和-0.00549m)，误差分别为4.62%和5.83%。可见本文给出的平行四边形板弯曲变形解近似程度高，基本能满足工程计算精度。2.2顶板变形特征及其形状效应1)样顶板变形随推进步距a变化规律取α=120°，b=20m，令a在35~85m范围内变化(6种情况)，分别得到初次开采(图2中实线)和正常开采(图2中虚线)2种状态下v=b/2剖面上顶板的下沉曲线，可以看出：①在初次开采和正常开采阶段，随着工作面向前推进，基本顶变形特征均为先增长后稳定趋势，对应下沉曲线表现为由“V”形向“U”型的转化；最大下沉量趋于稳定，表明顶板开始破断失稳，此时，a位于45~55m之间。②基本顶最大变形量均位于u=a/2处，且初次开采时，变形曲线沿u方向严格对称。③在正常开采阶段，临采空区一侧顶板下沉量大于工作面侧顶板下沉量，且正常开采时顶板最大下沉量较大，说明与四边固支平行板相比，存在简支边的顶板更容易或者更早发生破断失稳，与现场的周期来压步距小于初次来压步距现象吻合。度挠m/图2推进步距对基本顶变形影响Fig.2Effectofadvancingstepondeformationofmain2)顶板变形随倾斜角α变化规律取a=20m，b=85m，令α在90°到140°范围内变化，分别得到初次开采和正常开采2种状态下u=a/2剖面上顶板的下沉曲线。在初次开采阶段，如图3所示，随着倾斜角α的增大，，顶板变形量逐渐增大，成正相关关系，表明随着平行四边形倾斜程度的加大，板的稳定性降低，即随着俯伪斜工作面层面角(与倾?

变化曲线,支护阻力,支架,变化曲线

椒ń鈉信卸?[14]，即采场顶板来压判断的计算公式为：tlpPP(14)tppPP(15)式中：Pl为来压判据，MPa；Pp为正常时期支架平均工作阻力，MPa；Pt为支架最大工作阻力平均值，MPa；σp为平均值的均方差，MPa，按下式进行计算：211niiPPntpt(16)式中：Pti为支架实测最大阻力值，MPa；n为支架最大工作阻力实际统计次数。当实测值Pti>Pl时，即可判断顶板处于来压状态。将矿压观测期间工作面10#，27#和44#支架每日测得的最大工作阻力值绘制成如图7所示的折线图，并用采场顶板来压判据式(14)~(16)进行S2611工作面来压特征识别，结果在图7中进行了标注。依据实测数据，得到S2611工作面基本顶初次来压步距平均为14.2m，初次来压强度平均为36.1MPa；周期来压的平均步距为8.47m，平均强度为32.45MPa。采场顶板周期来压步距、强度分别为初次来压步距、强度的60%和90%，与前面理论计算结果较为一致，误差分别为15%和5%。较之于缓倾斜、倾斜煤层开采，S2611工作面顶板初次来压、周期来压的步距和动压系数均比较校究其原因，可能是S2611工作面开采M6-3#煤层的直接顶为厚1.03m的M6-2#煤层和泥岩，基本顶为厚度3.38m的砂质泥岩。尽管煤层倾角较大，顶板岩层压力顺层面的分力加大，垂直层面的分力减小，但直接顶较薄而松软，基本顶厚度偏小，基本顶之上还存在厚0.06m的M6-1#煤线，直接顶、基本顶的整体强度低。随工作面向前推进，直接顶容易垮落，基本顶的悬露长度大为减小，导致采场顶板来压步距偏小，来压强度偏低。架工作面支荷载MPa/架工作面载荷支MP/a架工作面载荷支MP/a图7支架支护阻力变化曲线Fig.7Curveofsupportresistance

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