大采高工作面煤壁穩(wěn)定性及其與支架的相互影響機制研究.pdf

1、針對大采高綜采工作面煤壁片幫率高、且受節(jié)理裂隙影響顯著，以及煤壁片幫影響大采高支架穩(wěn)定性，進而影響支架與圍巖關(guān)系等突出問題，本文綜合采用現(xiàn)場調(diào)研、理論分析、物理模擬、數(shù)值計算、現(xiàn)場工業(yè)性試驗等研究方法，對受節(jié)理裂隙損傷影響的煤壁失穩(wěn)特征、支架與煤壁相互作用機制及相應(yīng)控制技術(shù)等進行了系統(tǒng)深入的研究，研究成果對于保障大采高綜采工作面安全高效開采具有重要理論價值和現(xiàn)實意義。
　　研究了節(jié)理裂隙對煤壁的損傷效應(yīng)和大采高工作面采動應(yīng)力的分布

2、。研究表明，在硬及中硬煤層條件下，隨節(jié)理面傾角的增大，煤體的損傷呈現(xiàn)增大-減小-增大的變化趨勢；隨節(jié)理面方位角的增大，煤體的損傷呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢；隨節(jié)理面間距的增大，煤體的損傷呈現(xiàn)減小的變化趨勢。根據(jù)采高對煤壁支撐能力的影響分析，提出了弱化系數(shù)的概念，以表征采高對煤壁支撐能力的弱化效應(yīng)。大采高工作面極限平衡區(qū)內(nèi)支承壓力與采高及煤體的損傷程度成反比的關(guān)系，與松軟煤體的力學參數(shù)（E、C）成正比的關(guān)系。
　　基于節(jié)理裂隙的損傷

3、及采動應(yīng)力的分布規(guī)律，分析了節(jié)理裂隙擴展演化規(guī)律和大采高工作面煤壁位移及變形失穩(wěn)區(qū)域分布特征的時空演化規(guī)律。煤層內(nèi)節(jié)理裂隙的擴展貫通的形態(tài)、尺寸及密度主要受原生節(jié)理面產(chǎn)狀的影響，煤壁的變形破壞特征則是節(jié)理裂隙擴展演化的宏觀表現(xiàn)。在硬及中硬煤層條件下，當節(jié)理面傾角為90°時，煤壁穩(wěn)定性主要受工作面來壓的影響；當節(jié)理面與工作面存在交線時，工作面易片幫區(qū)域均位于交線附近，該區(qū)域與交線的相對位置主要受節(jié)理面傾角和方位角的影響。節(jié)理面間距越小，使

4、得煤壁破碎單元越小，易片幫區(qū)域的范圍越大，煤壁的穩(wěn)定性越差。在松軟煤層條件下，工作面易片幫區(qū)域多位于煤壁中部，煤體的物理力學參數(shù)越小，煤壁越易失穩(wěn)。
　　自主設(shè)計研制了用于大采高綜采工作面支架與圍巖相互作用關(guān)系研究的模擬支架及液壓控制系統(tǒng)，實驗得到了支架初撐力對大采高工作面煤壁失穩(wěn)的影響規(guī)律，煤壁失穩(wěn)和頂板活動對支架位態(tài)及承載特征的影響規(guī)律。實驗得到了不同節(jié)理面傾角條件下，支架初撐力與煤壁穩(wěn)定性的“P0—ΔB”曲線均呈類雙曲線關(guān)系

5、。大采高條件下，煤壁片幫、端面冒頂與支架不良位態(tài)的相互影響程度更加明顯。
　　基于基本頂“給定變形”及“給定載荷”的作用方式，建立了大采高工作面支架-頂板-煤壁相互影響關(guān)系的力學模型，揭示了三者的相互作用機制。大采高工作面支架支護強度及直接頂下沉量均隨煤壁片幫深度和基本頂回轉(zhuǎn)角的增大近似呈線性增加，直接頂下沉量及煤壁片幫深度與支架支護強度近似呈類雙曲線關(guān)系，煤壁片幫深度隨基本頂回轉(zhuǎn)角度的增大而逐漸增大，極限片幫深度趨向于基本頂斷裂

6、線至煤壁的距離。
　　基于大采高工作面煤壁及支架穩(wěn)定性的相互影響規(guī)律，提出了相應(yīng)的控制技術(shù)措施，并進行了工業(yè)性試驗，取得了顯著的技術(shù)效果。采用超前深孔靜壓預(yù)注水技術(shù)，使得極軟大采高工作面煤壁的穩(wěn)定性得到了有效改善，發(fā)生片幫的頻率降低了80％，平均片幫深度減小了35%，平均片幫長度減小了50%。采用超前松動爆破強制放頂技術(shù)，確保了堅硬頂板大采高工作面支架的穩(wěn)定性，工作面煤壁片幫頻率及程度大幅度降低。
　　該論文有圖164幅，表