大傾角煤層長壁開采覆巖結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、大傾角煤層是指埋藏傾角為35°～55°的煤層，開采難度大，覆巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，“支架-圍巖”系統(tǒng)作用與一般傾角煤層差異大，因此，研究大傾角煤層長壁開采覆巖空間結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性問題對(duì)豐富該類煤層開采理論和指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)踐均有重要意義。
　　 大量的現(xiàn)場實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)研究和理論分析表明：大傾角煤層走向長壁工作面開采中，沿傾斜方向礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)出“先中部”、“次上部”、“再下部”的基本特征，具有時(shí)序性。直接頂、老頂及高位巖層的運(yùn)移規(guī)律具有時(shí)序性和不均衡

2、性。傾斜方向中、上部區(qū)域內(nèi)“三帶”特征明顯，且層位較高；傾斜下部區(qū)域內(nèi)的頂板巖層沒有明顯的“三帶”特征或“三帶”形成的層位較低且不完整。
　　 大傾角煤層長壁工作面傾斜方向上的頂板以傾斜砌體結(jié)構(gòu)形式存在；沿工作面傾斜方向中上部為傾斜砌體結(jié)構(gòu)活躍區(qū)，中部偏下區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)，傾斜下部區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定區(qū)。同時(shí)，在采場高位巖層中存在非對(duì)稱“殼體結(jié)構(gòu)”，“殼體結(jié)構(gòu)”大小主要取決于工作面上覆巖層巖性特征和開采空間大小等因素。傾斜砌體結(jié)構(gòu)與非對(duì)稱“殼

3、體結(jié)構(gòu)”是大傾角煤層采場特有的空間結(jié)構(gòu)，二者的穩(wěn)定是保證“支架-圍巖”系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。大傾角煤層長壁采場頂板傾斜砌體結(jié)構(gòu)與支架的相互作用可分為正壓、傾向擠壓、反傾向擠壓、后推和走向擠壓型，其易造成支架發(fā)生擠壓型失穩(wěn)、下滑失穩(wěn)、傾倒失穩(wěn)。大傾角煤層采場殼體局部破壞是殼體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要誘導(dǎo)因素，其失穩(wěn)模式主要有：以拉伸破壞為主的殼頂失穩(wěn)，以壓剪破壞為主的殼肩失穩(wěn)，以壓剪、拉伸破壞共同作用的殼基復(fù)合失穩(wěn)。
　　 大傾角煤層長壁開采覆

4、巖空間的承載結(jié)構(gòu)是指采場空間上覆未破壞的“殼體”和破壞的“傾斜砌體”共同組成的結(jié)構(gòu)，其中“殼體”對(duì)“傾斜砌體”的擠壓與施載作用，“傾斜砌體”對(duì)“殼體”具有擠壓與約束作用，上覆“殼體”與“傾斜砌體”的鉸接作用降低了覆巖“殼體結(jié)構(gòu)”失穩(wěn)對(duì)工作面的沖擊作用。承載結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型可劃分為下壓型失穩(wěn)、推垮型失穩(wěn)及復(fù)合型失穩(wěn)，可以利用失穩(wěn)系數(shù)ζ大小來描述失穩(wěn)的可能性。利用能量守恒原理與砌體梁理論對(duì)承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，給出了工作面上方“殼體結(jié)構(gòu)”破