特厚煤層綜放開采堅(jiān)硬頂板破斷失穩(wěn)規(guī)律.pdf

1、以往在研究堅(jiān)硬頂板破斷失穩(wěn)規(guī)律時(shí)采用的是“梁理論”，該理論對(duì)于薄層堅(jiān)硬頂板破斷步距的計(jì)算精度較高，但是對(duì)于厚層堅(jiān)硬頂板破斷步距的計(jì)算存在較大誤差；且堅(jiān)硬頂板的變形將導(dǎo)致上覆巖層裂隙場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的改變，但以往也并未對(duì)頂板的變形與采動(dòng)裂隙場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)之間的關(guān)系展開系統(tǒng)研究。
　　因此本論文對(duì)同煤集團(tuán)塔山礦8212工作面不同厚度堅(jiān)硬頂板進(jìn)行研究，采用相關(guān)理論，得到厚度差異顯著的堅(jiān)硬頂板的破斷步距，解釋巖體垮落大小來(lái)壓現(xiàn)象。通過(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)得

2、到煤壁支承壓力峰值、覆巖裂隙隨堅(jiān)硬直接頂變形撓度的變化規(guī)律。通過(guò)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)得到堅(jiān)硬頂板在周期破斷時(shí)應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)的演化規(guī)律。從而為類似堅(jiān)硬頂板下強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)與采場(chǎng)失穩(wěn)規(guī)律提供理論支撐。主要研究成果如下：
　?、龠\(yùn)用關(guān)鍵層理論、Vlasov厚板理論及薄板理論推導(dǎo)出厚、薄堅(jiān)硬頂板發(fā)生破斷的判別式。通過(guò)判別式計(jì)算出該工作面直接頂破斷步距為35.8m，基本頂破斷步距為69.4m。直接頂首次破斷時(shí)，形成小來(lái)壓；當(dāng)直接頂再次破斷時(shí)將與基本頂同

3、步破斷，影響范圍及強(qiáng)度均較大，形成大來(lái)壓。理論計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)一致。
　?、谕ㄟ^(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)得到堅(jiān)硬頂板破斷結(jié)構(gòu)特征。即在20m厚的堅(jiān)硬基本頂破斷前，整體上采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在20m厚的堅(jiān)硬基本頂破斷后，采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)開始發(fā)生大范圍的失穩(wěn)。采動(dòng)裂隙大致形成“O”形圈，采動(dòng)裂隙發(fā)育高度在91m左右。前后垮落角均在60°~70°之間。
　?、弁ㄟ^(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)得到支承壓力峰值、采動(dòng)裂隙分形維數(shù)與堅(jiān)硬頂板變形撓度之間的關(guān)系。即堅(jiān)

4、硬直接頂變形所對(duì)應(yīng)的支承壓力峰值變化與裂隙分形維數(shù)變化具有階段性，前者呈現(xiàn)出“前快，中慢，后穩(wěn)”趨勢(shì)；后者呈現(xiàn)出“前慢，后快，再慢”趨勢(shì)，并且在堅(jiān)硬直接頂每次破斷時(shí)，裂隙分形維數(shù)的增加具有突變性。
　?、芡ㄟ^(guò)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)得到堅(jiān)硬頂板周期破斷時(shí)采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與塑性區(qū)的演化規(guī)律。即布置在不同層位的支承壓力測(cè)線形狀逐漸由直線變?yōu)殚_口向上的拋物線，且隨著工作面推進(jìn)距離的增大，拋物線的開口形狀變大。當(dāng)拋物線開口變化趨于平緩時(shí)，采場(chǎng)達(dá)到充分采動(dòng)。