淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律.pdf

1、隨著東部煤炭資源逐漸匱乏，西部煤炭資源地區(qū)已逐漸成為我國(guó)主要產(chǎn)煤區(qū)域，由于西部礦區(qū)煤層埋深淺，基載比小，采場(chǎng)頂板礦壓顯現(xiàn)有其特殊規(guī)律，目前關(guān)于淺埋薄基巖厚松散層的頂板研究相對(duì)較多，而關(guān)于淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究相對(duì)甚少，并且弱膠結(jié)巖層在西部礦區(qū)也比較普遍，因此，確定淺埋弱膠結(jié)頂板破斷規(guī)律及其控制對(duì)西部淺埋煤層安全開(kāi)采具有重要的研究意義和價(jià)值。
　　本文首先使用SEM掃描電鏡對(duì)東西部礦區(qū)相同巖性巖體細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，揭

2、示了東西部礦區(qū)相同巖性巖體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的不同；其次，利用UDEC數(shù)值模擬，考察了淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立了淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構(gòu)模型，推導(dǎo)了不同開(kāi)采階段液壓支架工作阻力計(jì)算公式；最后，結(jié)合高家梁煤礦20107回采工作面的地質(zhì)及開(kāi)采狀況，驗(yàn)證本文提出的弱膠結(jié)頂板來(lái)壓期間液壓支架支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算公式。
　　本文獲得的主要研究成果如下：
　　（1）通過(guò)SEM電鏡掃描技術(shù)對(duì)東西部礦區(qū)頂板巖層的泥巖和粗粒砂巖試樣的微觀掃描實(shí)驗(yàn)

3、，對(duì)比分析東西部礦區(qū)相同巖性巖體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的不同，結(jié)果表明西部礦區(qū)的泥巖微觀顆粒松散絮狀堆積排列，東部礦區(qū)泥巖微觀結(jié)構(gòu)則更整齊顆粒成鱗片狀，絲狀排列，結(jié)構(gòu)相對(duì)致密；西部泥巖結(jié)構(gòu)更易破斷黏結(jié)成結(jié)構(gòu)；西部粗粒砂巖微觀顆粒呈蓬松羽絨狀，結(jié)構(gòu)松散，東部礦區(qū)粗粒砂巖微觀顆粒棱角明顯，結(jié)構(gòu)致密，西部礦區(qū)粗粒砂巖巖層更易破斷，但存在一定的膠結(jié)性。
　?。?）使用UDEC數(shù)值模擬軟件，對(duì)淺埋煤層不同開(kāi)采階段上覆弱膠結(jié)頂板的破斷及運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，

4、結(jié)果表明：隨著工作面開(kāi)采，在弱膠結(jié)直接頂垮落過(guò)程中，上位部分巖層會(huì)重新膠結(jié)成“類基本頂”結(jié)構(gòu)，“類基本頂”與其上中硬巖層構(gòu)成的基本頂間形成離層；隨工作面繼續(xù)推進(jìn)，基本頂斷裂后會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力沖擊，而“類基本頂”對(duì)該動(dòng)力沖擊具有緩沖作用，減小了基本頂來(lái)壓時(shí)對(duì)支架動(dòng)力沖擊。
　　（3）建立了淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構(gòu)模型，并闡述了液壓支架初次來(lái)壓期間頂板巖層的三個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，即直接頂垮落階段，“類基本頂”形成階段，基本頂動(dòng)力沖擊階段，推導(dǎo)了各階段

5、液壓支架工作阻力計(jì)算公式分別為：
　　直接頂垮落階段支架工作阻力A mγ=zz(1+；) L k s L
　　γ“類基本頂”形成階段支架工作阻力2(1)s L M c P mγ=E Ezz++；L k K L T K
　　γ(1) L2γ基本頂動(dòng)力沖擊階段支架工作阻力M c1 F m=++s E E+γhc g(1?sin2)2μθ。合zz L k K L T K
　?。?）通過(guò)理論分析，建立了周期來(lái)壓期間淺埋弱

6、膠結(jié)頂板破斷對(duì)液壓支架受力分析模型，得出了液壓支架工作阻力的計(jì)算公式：
　　=∑+G iγLtg(θ)γp h[2]和Y G A=+M C E22(M S L1 E A) k2
　?。?）通過(guò)對(duì)高家梁煤礦20107回采工作面進(jìn)行液壓支架工作阻力觀測(cè)和鉆孔電視探測(cè)，得到了液壓支架在初次來(lái)壓期間三個(gè)階段的工作阻力區(qū)間以及上覆頂板弱膠結(jié)巖層層數(shù)和厚度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和開(kāi)采資料計(jì)算得出了20107工作面弱膠結(jié)頂板來(lái)壓期間液壓支架支護(hù)強(qiáng)