李村矿大采高综采采场顶板结构及运动规律研究

发布时间：2020-10-28 17:02

　　 回采工作面上覆岩层的破坏和运动规律的是矿山压力与岩层控制研究的主要问题。随着工作面的不断推进,矿山压力的大小与分布一直处于动态的变化过程中,由于围岩在不断运动,工作面液压支架与巷道围岩不断在受力,其受力的大小、性质和变化规律与上覆岩层的运动更是密不可分的。随着采高的增加,采场围岩破坏规律具有一定的特殊性,因此摸清大采高条件下上覆岩层运动与发展规律对于工作面的安全高效生产具有十分重要的意义。本文以李村煤矿1301大采高综采工作面为研究背景,基于工作面顶板的力学性质及厚度,根据矿压观测结果,将其顶板分为直接顶、类基本顶和基本顶三类。类基本顶是位于直接顶上方和基本顶之间的较坚硬岩层,在回采过程中会引起工作面的小初次来压和小周期来压,此类顶板最终会垮落到采空区,无法长期形成传递力的岩梁。文章通过运用理论分析、数值模拟和现场实测的方法对李村煤矿大采高采场顶板破坏及运动规律进行了研究,主要研究结论如下:(1)类基本顶也存在初次垮落和周期垮落。初次垮落的形式依然为“砌体梁”结构,但是周期垮落可能会出现“砌体梁”结构和“悬臂梁”结构两种垮落形式,并基于“S-R”稳定理论,对类基本顶的判断期间的稳定性进行了分析:通过含裂隙的顶板模型,解释了在工作面倾斜方向上矿压显现出现分段性、迁移性的原因。(2)运用UDEC数值模拟软件和3DEC数值模拟软件模拟工作面回采,总结在回采过程中的顶板运动规律发现:类基本顶的初次垮落步距为30m,周期垮落步距为8m,周期垮落形式为“悬臂梁”结构;基本顶初次来压步距为80m,周期来压步距为20m。(3)运用理论分析法和数据实测法两种方法分别对大采高工作面支架支护阻力进行了计算,通过理论分析法计算得到支架支护阻力为RH=5326.28kN。通过数据实测法计算得到支架支护阻力为RH=5326.28kN。(4)对1301工作面的矿压显现规律进行现场实测。实测结果表明工作面在回采期间存在大小周期来压的现象,在观测期间类基本顶周期垮落步距平均在10m左右,而基本顶平均周期来压步距在23m左右,运输顺槽围岩最大变形量为84mm,回风顺槽围岩变形量最大值为67mm,支架平均初撑力为5901.24kN,最大循环末工作阻力为10516.66kN。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD325
【部分图文】：

由于采高的增加，造成煤层上方顶板运高条件下定义的基本顶可能会垮落充填到采空区，大顶会随着采高的增加而向上移动，大采高工作面直接为三种，既软弱型岩层、“软弱－坚硬”混合型岩层、坚”混合型岩层是最常见的。由于传统意义上的基本顶到采空区，但是这部分顶板厚度比较大且比较坚硬，到采空区，特别地，会引起工作面的来压，因此将大义为类基本顶。在本文中，以李村煤矿１３０１大采高工内的顶板组成为“软弱－坚硬”混合型岩层，我们将这层基本顶。类基本顶垮落时，会以一种尺寸较大的形态方，类基本顶的运动形式与基本顶运动形式相似，但

随着工作面的持续推进，工作面上方直接顶随采随跨，类基本顶悬露面积??在不断增大，当类基本顶达到极限跨度时，类基本顶即发生初次垮落，垮落后??的一般状态可用图２．２表示。对于工作面中部，类基本顶初次垮落形成新的结构??也可以认为是一种“砌体梁”结构。??Ｉ??基本顶??ＩＩ?１??类基本顶－Ｊ???直接顶??＼?????图２．２类基本顶结构初次垮落示意图??Ｆｉｇ．２．２?Ａ?ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??大采高综采面回采后，类基本顶周期破断运动形式存在“砌体梁”和“悬臂梁”??两种，类基本顶以何种周期破断形式运动取决于类基本顶的下沉量，若类基本??顶回转下沉量达到了其铰接失稳下沉量的条件，类基本顶就会以“悬臂梁”周期??破断形式运动，反之会以“砌体梁’’周期破断形式运动。但无论类基本顶以哪种??周期垮落方式垮落，其初次垮落形式没有区别。判断类基本顶周期破断形式按??照砌体梁结构关键块分析方法，建立类基本顶结构关键块模型如图２．３所示。??图２．３类基本顶结构关键块体的受力模型??Ｆｉｇ．２．３?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｋｅｙ?ｂｌｏｃｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??８??

随着工作面的持续推进，工作面上方直接顶随采随跨，类基本顶悬露面积??在不断增大，当类基本顶达到极限跨度时，类基本顶即发生初次垮落，垮落后??的一般状态可用图２．２表示。对于工作面中部，类基本顶初次垮落形成新的结构??也可以认为是一种“砌体梁”结构。??Ｉ??基本顶??ＩＩ?１??类基本顶－Ｊ???直接顶??＼?????图２．２类基本顶结构初次垮落示意图??Ｆｉｇ．２．２?Ａ?ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??大采高综采面回采后，类基本顶周期破断运动形式存在“砌体梁”和“悬臂梁”??两种，类基本顶以何种周期破断形式运动取决于类基本顶的下沉量，若类基本??顶回转下沉量达到了其铰接失稳下沉量的条件，类基本顶就会以“悬臂梁”周期??破断形式运动，反之会以“砌体梁’’周期破断形式运动。但无论类基本顶以哪种??周期垮落方式垮落，其初次垮落形式没有区别。判断类基本顶周期破断形式按??照砌体梁结构关键块分析方法，建立类基本顶结构关键块模型如图２．３所示。??图２．３类基本顶结构关键块体的受力模型??Ｆｉｇ．２．３?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｋｅｙ?ｂｌｏｃｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??８??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵毅鑫;王新中;周金龙;李全生;张村;;综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律[J];煤炭学报;2019年01期

2 程晋孝;;基本顶直覆之下合理采煤工艺实践研究[J];山东煤炭科技;2018年10期

3 许国胜;张彦宾;李德海;侯得峰;余华中;谭毅;冯军发;;考虑支承压力条件下基本顶移动变形力学模型及应用[J];采矿与安全工程学报;2018年02期

4 申路路;王伸;张群磊;郑金雷;;巨厚基本顶大采高工作面顶板破断特征[J];煤矿安全;2018年03期

5 王创业;纪洪广;;大采高综采采场基本顶周期破断特征研究[J];煤矿安全;2019年05期

6 王家臣;杨胜利;杨宝贵;李杨;王兆会;杨毅;马焱遥;;深井超长工作面基本顶分区破断模型与支架阻力分布特征[J];煤炭学报;2019年01期

7 赵晓东;杲旭日;陈阳;王顺东;;长壁首采工作面采场基本顶初次来压薄板模型的辛解算[J];岩土力学;2018年12期

8 陈冬冬;谢生荣;何富连;曾俊超;谢福星;程琼;;长边两侧采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板初次破断[J];煤炭学报;2018年12期

9 谢生荣;陈冬冬;何尚森;郜明明;孙颜顶;潘浩;;基本顶弹性基础边界薄板模型分析(Ⅱ)——周期破断[J];煤炭学报;2017年12期

10 陈冬冬;谢生荣;何富连;潘浩;宋海政;曾俊超;;长边采空(煤柱)弹性基础边界基本顶薄板破断规律[J];采矿与安全工程学报;2018年06期

相关博士学位论文 前3条

1 王红胜;沿空巷道窄帮蠕变特性及其稳定性控制技术研究[D];中国矿业大学;2011年

2 王勇;柴沟煤矿不同煤柱条件下的矿压显现规律[D];中国矿业大学（北京）;2011年

3 王志强;厚煤层错层位相互搭接工作面矿压显现规律研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

相关硕士学位论文 前2条

1 孙景涛;李村矿大采高综采采场顶板结构及运动规律研究[D];山东科技大学;2018年

2 王慧杰;急倾斜煤层走向壁式开采基本顶垮落规律研究[D];太原理工大学;2012年

本文编号：2860363