不同采留比条带开采底板应力特征研究.pdf

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1、2012年4月矿业安全与环保第39卷第2期不同采留比条带开采底板应力特征研究张玉东，，许进鹏’(1．中煤科工集团重庆研究院岩土所，重庆400039；2．中国矿业大学a．资源学院；b．深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221116)摘要：为了预测条带开采工作面底板突水和煤柱尺寸合理留设情况，建立了底板应力计算模型，并以淄博矿区埠村煤矿为例，应用解析法对条带开采条件下煤柱底板岩层应力应变规律的分布进行研究，改进了开采方案，结果表明：不同采留比条件下煤层底板采动变形破坏程度存在明显差异，采20m留20m的开采工艺较安全，回采率

2、可提高7％。关键词：条带开采；底板；应力分布；采留比中图分类号：TD32；TD82文献标志码：A文章编号：1008～4495：(2012)02—0015—04根据弹性力学中半无限平面边界上受分布载荷1问题的提出的作用，利用弹性力学公式则可分别计算出采空区随着煤炭开采逐渐转向深部发展，底板水害防两侧煤柱荷载压力P对其底板下任一点M(，z)产治问题更加迫切，目前普遍应用注浆b口固或疏水降生的垂直应力、水平应力和剪切应力r。在压等措施¨j，其成本过高且安全适用性不高，而条采空区BC中间建立相直的平面坐标系。带开采法是减小底板破坏带深度，降

3、低底板突水可在“三下”压煤条带法开采中，荷载计算均采用能性的有效方法之一。因此，研究不同采留比的条仅考虑覆岩自重应力场的“辅助面积理论”方法，该带工作面底板应力重新分布的规律，对掌握底板岩方法计算煤柱荷载简单易行，需要采取一些假设，其层变形及破坏特征、预测底板突水和设计底板巷道计算结果基本能满足采矿工程的要求，在国内外得的合理位置与维护方法等方面，都具：非常重要的到了广泛的应用J。因此，由静力平衡条件可得：实际意义。(0+b)yH=0p2条带开采工作面底板应力计算即p=(1_)根据矿山压力理论，条带开采遗留煤柱的长度式中：P为煤柱荷

4、载，即煤柱的平均应力，kN／m；为一般是宽度的3倍以上[6-7~，因此受单个煤柱影响上覆岩层的平均重力密度，kN／m；日为煤层的平均的底板中的应力分布可以归结为平面应变问题，具开采深度，m。体力学模型为均布荷载作用下的半平面体的应力根据图1的力学模型，底板下任一点M(，)应求解模型，见图1，在煤柱AB中间建：相应的平面力计算主要过程如下：坐标系。1)对垂：直应力的计算一一r一一笆：堂叮TJ+争)[(一)+。]2争(1+)。图1底板应力计算力学模型一1rJ告[(一)+]2r音(1+)收稿日期：2011一O7—25竹J+告)[(—)+]

5、作者简介：张玉东(1984一)，男，河北邯郸人，主要研究方向为水文与水资源工程。E-mml：O5042000@163．corn。令—=t，则上式可变为·15·2012年4月矿业安全与环保第39卷第2期二2Jr。牟～Tb一+)yd3埠村煤矿工作面底板应力分析一z3．1工作面底板应力场分析以淄博矿区埠村煤矿的9l13工作面为实例进忘行分析，相关参数取值见表1。表19113工作面参数取值：一(±)丝『。tn：：至二：+竹口L半利用公式(2)～(4)，通过计算机编程进行计算并作图，得到在工作面底板下不同深度和不同水平争++b一)arctan

6、+的应力变化曲线，见图2～4。Z嚣2+墨(0+一)+由图2～4可以看出，工作面底板的垂直应力水平应力和剪切应力分布规律相似：(／b、+S-+)垂直方向上，在工作面(=0m)底板上表面3种z+(。+b+)z2+(b应力均为0，随着深度z的增加，工作面底板应力均—)增大，其最大值分布特征见表2，而后逐渐减小，并趋于稳定。2)对水平应力的计算：一『arc+竹0Ln++一arctan——‘———————。‘‘。。。。。————arctan——‘———‘—。‘‘————+如+b二至—二：)一n一2+(。+bZ—)(+b+)z(b水平距离，m—

7、)++图2采20m留20m垂直应力(MPa)等值线图篙㈩蜷[+幽2+(口+b+)(4)水平距离／m图3采20m留20m水平应力(MPa)等值线图2012年4月矿业安全与环保第39卷第2期图4采20m留20m剪切应力(MPa，)等值线图表2工作面底板应力最大值分布特征图6采15m留20m剪切应力(MPa)等值线图水平方向上，工作面底板中轴位置(=0m)应力最小，向两侧逐渐增大，煤柱与工作面交界处，3种应力达到最大值，到煤柱下方后应力值又逐渐减小。在浅部比深部更为明显，如深度=1m处比z=10m处采空区的压力小、煤柱下的压力大。综上可知

8、，工作面中部的应力变化不大，底板应力最集中的区域为采煤工作面两侧与煤壁交界的位置，说明这一位置是条带开采工作面底板发生破坏的重要区域。3．2不同采留比应力场分析图7采20m留15m剪切应力(MPa)等值线图为了分析不同采留比情况下的工