巨厚礫巖深井開采地表斑裂產(chǎn)生判據(jù)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、新汶礦區(qū)華豐煤礦覆巖主要特點是具有第三系巨厚礫巖層，厚度500～960m，開采時地表多處出現(xiàn)了斑裂現(xiàn)象，斑裂嚴(yán)重?fù)p害農(nóng)田、房屋、橋梁，給區(qū)域環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。因此預(yù)測巨厚覆巖下地表斑裂產(chǎn)生時，工作面的開采寬度及斑裂線與工作面的空間關(guān)系，對礦井安全生產(chǎn)及地表構(gòu)建筑物的防護具有重要意義。本次利用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場實測等方法，對巨厚礫巖完整及含有弱面時，地表斑裂產(chǎn)生的規(guī)律進行了研究。
　　采用彈性力學(xué)等理論，推導(dǎo)了巨厚礫巖在下部受

2、集中載荷作用時，任一點的水平拉應(yīng)力;推演了巨厚礫巖的破壞過程為:離層的出現(xiàn)，在離層的周圍形成應(yīng)力增高區(qū)，隨著離層范圍的擴大，集中應(yīng)力逐漸增大，巖石首先在集中應(yīng)力區(qū)附近達到其抗拉強度，使其進入塑性區(qū)，而后隨著離層的擴大，塑性區(qū)的范圍向上向前發(fā)展，當(dāng)離層范圍擴展到16√3πσ0]/9γ時，位于集中力F作用點的地面投影前方h/√3處，達到巖石抗拉強度，此處易發(fā)生斑裂現(xiàn)象。一般來說，塑性區(qū)在向上發(fā)展到一定程度時，巨厚礫巖在重力作用下，可能發(fā)生滑

3、移或旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致塑性區(qū)加速向上發(fā)展，地表斑裂應(yīng)在地表巖石達到抗拉強度之前出現(xiàn)。因此，斑裂出現(xiàn)的位置位于集中力F地面投影與最大拉應(yīng)力之間，但與最大拉應(yīng)力處更接近，并通過現(xiàn)場實測驗證該理論與實際符合較好。本文同時對巨厚礫巖存在弱面情況下斑裂產(chǎn)生判據(jù)進行了研究。
　　利用數(shù)值模擬軟件，模擬了當(dāng)巨厚礫巖為完整狀態(tài)時，工作面寬度達到170m，位于工作面下平巷280m處出現(xiàn)了拉伸破壞。即發(fā)生了斑裂現(xiàn)象;若巨厚礫巖中含有弱面，當(dāng)弱面與工作面開