采場圍巖應(yīng)力殼力學(xué)特征的柱寬效應(yīng)研究.pdf

1、本文基于采場圍巖中存在由“高應(yīng)力束”組成的應(yīng)力殼理論，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室相似模擬、計算機(jī)數(shù)值模擬、理論分析等研究方法，以采場大范圍圍巖為研究對象，開展了非對稱開采采場圍巖應(yīng)力場、破壞場及位移場演化特征的煤柱寬度效應(yīng)研究，進(jìn)行了采場圍巖支承應(yīng)力形成和發(fā)展的分析計算和臨空區(qū)煤柱寬度變化對其影響規(guī)律研究，實(shí)例分析表明運(yùn)用此種方法分析計算采場圍巖支承壓力、研究煤柱寬度對采場圍巖支承壓力的影響規(guī)律是可行的。
　　采用實(shí)驗(yàn)室相似模擬試驗(yàn)和計算機(jī)FLA

2、C3D數(shù)值模擬軟件，研究了不同臨空區(qū)煤柱寬度情況下，采場圍巖三維應(yīng)力場演化特征及幾何形態(tài)變化規(guī)律。研究表明:采場圍巖應(yīng)力分布自前向后應(yīng)力殼傾向剖面幾何形態(tài)由n型“單殼”逐漸向m型“復(fù)殼”演化，“單殼”殼基應(yīng)力峰值大于“復(fù)殼”殼基應(yīng)力峰值。對于深部非對稱開采，隨臨空區(qū)煤柱寬度增大，工作面前方應(yīng)力殼殼基位置由風(fēng)巷下幫煤體逐漸向煤柱側(cè)轉(zhuǎn)移，在煤體和煤柱上的應(yīng)力峰值逐漸升高，當(dāng)煤柱寬度增加到一定寬度后，風(fēng)巷下幫煤體應(yīng)力峰值升高不再明顯，煤柱承擔(dān)

3、上覆巖層大部分荷載;工作面后方應(yīng)力殼為“復(fù)殼”形態(tài)時，隨煤柱寬度增大，煤柱上方殼基位置由上提形態(tài)逐漸回落，進(jìn)而與煤柱內(nèi)應(yīng)力峰值位置疊加。
　　研究了對不同臨空區(qū)煤柱寬度情況下，采場三維圍巖破壞場和位移場演化特征。研究表明:隨著煤柱寬度的增大，在上區(qū)段工作面和本區(qū)段工作面的上覆巖層垮落高度都逐漸減小;在工作面前后不同位置的圍巖傾向剖面破壞區(qū)范圍，在風(fēng)巷下側(cè)煤體及其上覆巖層中，隨煤柱寬度增大此區(qū)域逐漸減小;煤柱寬度變化對工作面前方15

4、m處圍巖變形破壞影響明顯。隨著煤柱寬度的增大，風(fēng)巷上幫垂直位移量逐漸減小，而下幫垂直位移量則逐漸增大;風(fēng)巷上幫沿傾向水平位移量逐漸增大，而下幫沿傾向水平位移量則逐漸減小;煤壁位移主要發(fā)生在工作面上部距風(fēng)巷15m左右距離處，沿傾向水平位移量逐漸增大，沿走向水平位移量逐漸減小，而垂直位移量先增大后減小，15m煤柱寬度時垂直位移量達(dá)到最大。在工作面由前至后不同位置，巷道圍巖位移呈現(xiàn)階段性特征，傾向剖面上覆巖層變形移動最大位置區(qū)域由上區(qū)段采空區(qū)

5、逐漸向本區(qū)段工作面中上部采空區(qū)轉(zhuǎn)移。
　　分析了深部采場推進(jìn)期間的應(yīng)力分布演化特點(diǎn)和圍巖受力破壞規(guī)律。分析得出在采場開切眼形成后及頂板未斷裂之前，圍巖受力及集中區(qū)分布范圍較小，頂板巖層經(jīng)歷從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸向斷裂臨界狀態(tài)逼近的過程;隨著采煤工作面的持續(xù)推進(jìn)，頂板周期性垮落，采空區(qū)頂、底板應(yīng)力降低區(qū)范圍在高度和寬度上都不斷擴(kuò)大，圍巖應(yīng)力集中區(qū)域形態(tài)在走向剖面呈拱形，三維立體形態(tài)呈橢球形殼;當(dāng)工作面推進(jìn)長度是傾向長度的1～1.2倍左右時，

6、應(yīng)力殼高度達(dá)到最大，并與工作面傾向長度相當(dāng)。
　　基于非對稱開采圍巖存在應(yīng)力殼的基本觀點(diǎn)，根據(jù)深部采場圍巖三維應(yīng)力場的應(yīng)力分布和覆巖運(yùn)動破壞特征，建立了采場圍巖支承壓力與應(yīng)力殼幾何參數(shù)關(guān)系的計算模型，獲得了不同區(qū)域支承壓力與應(yīng)力殼幾何參數(shù)關(guān)系表達(dá)式，實(shí)例分析表明運(yùn)用此種方法分析計算采場圍巖支承壓力、研究煤柱寬度對采場圍巖支承壓力的影響規(guī)律是可行的。
　　研究成果豐富了礦山壓力理論，為有效預(yù)防采場圍巖應(yīng)力轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的圍巖失穩(wěn)及其