年来采场围岩控制理论与实践的回顾

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1、20年来采场围岩控制理论与实践的回顾20年来采场围岩控制理论与实践的回顾20年来采场围岩控制理论与实践的回顾20年来采场围岩控制理论与实践的回顾20年来采场围岩控制理论与实践的回顾　　钱鸣高　　(中国矿业大学采矿工程系，江苏徐州221008)　　摘要:简要地回顾了近20年来中国矿业大学在采场围岩控制理论与实践方面的进展，其中包括:“砌体梁”力学模型与“关键层”理论的提出，“砌体梁”结构的“S-R”稳定，采场整体力学模型及矿山压力“支架一围岩”稳定性监测.最后提出了今后的展望.　　关键词:砌体梁;关键层;整体力学模型;矿山压力监测　　中图分类号:TD

2、31文献标识码:A　　自1980年至今的20a是我国回采工作面综采大发展时期.以充州矿务局为例，1980年综采工作面每月平均单产为5-6万t，而到1999年达到20-30万t.全国出现了年产达500万t的综采队.由此可见，我国回采工作面综采技术已达到国际水平.这其中当然也应包括采场围岩控制理论与技术的研究成果.显然，实践的进展与需要不断推动着理论研究及对客观事物认识的不断深化.就此对我们在这20a来在采场围岩控制的理论与实践工作作一简单的回顾与概括.　　1“砌体梁”结构力学模型与“关键层理论”研究　　众所周知，煤层开采后上覆岩层将形成结构，此结构的

3、形态及其稳定性将直接影响到采场支架的受力大小、参数和性能的选择，同时也将影响到开采后上覆岩体内节理裂隙及离层区的分布和地表塌陷形态.因此，采场上覆岩层形成结的特点及其形态一直为采矿工作者所重视.　　1.1关于上覆岩层结构形态的研究　　主要的研究工作始于60年代初，一直到70年代末，借助于大屯孔庄矿开采后岩层内部移动观测，上覆岩层开采后呈“砌体梁”式平衡的结构力学模型被正式提出来，结合该项研究所提出的典型论文为“AStudyoftheBehaviourofOverlyingStra-tainLongwallMiningandItsApplicatio

4、ntoStrataControl”等[1-3].该项研究的意义主要是在于:开采以后上覆岩层结构形态的解决为采场给出了具体的上部边界条件，此结构的形态与平衡条件为论证各项采场矿山压力控制参数奠定了基础.由于“砌体梁”结构的研究是限于采场中部沿走向的平面问题，因而随着采场矿山压力研究的深入，尤其是老顶来压预测预报的发展，必然讨论到将老顶岩层视为四周各种支撑条件的“板”的破断规律;老顶在煤体上方的断裂位置以及断裂前后在煤与岩体内所引起的力学变化，由此提出了岩层断裂前后的弹性基础梁力学模型及各种不同支撑条件下的Wink1er弹性基础上的Kichhoff板力

5、学模型.结合此项研究工作发表的典型文章有“老顶岩层断裂形式及其对工作面来压的影响”、“老顶断裂前后的矿山压力变化”等[4-7].该项研究提出的主要成果为:　　1)老顶断裂前后在煤壁前方将引起扰动，即在梁被夹持的端部形成了“反弹”区，而再深入一定的距离则形成子‘压缩”区;　　2)老顶断裂位置在煤体之内，因此由老顶断裂到工作面来压存在时间差，利用此时间差即可对老顶来压进行预报;　　3)老顶岩层板破断时主裂隙呈“O-X”型，即先是周边破断呈“O”型断裂，而后是。型板内部呈“X”型破断;　　4)根据对“板”破断时引起的扰动研究证明，可在采煤工作面上下两侧的

6、巷道内测得“反弹”与“压缩”现象;　　5)根据上覆岩层以硬岩层作为形成结构主体的观念，提供了判断经开采后上覆岩体变形破断后形成的离层区及压实区位置的可能性.　　至此，开采后老顶的稳定性、破断时引起的扰动及破断后形成的结构形态形成了一个总体概貌.　　1.2关于”关键层”理论研究　　随着开采对上覆岩层内地下水、岩体内赋存气体分布的改变以及地表塌陷规律的影响，必然导致“关键层”理论的研究.这方面集中的研究成果归结于“岩层控制中的关键层理论研究”、“采场覆岩中关键层的破断规律研究”、“采场覆岩中关键层上的载荷变化规律”及“采场覆岩裂隙分布的‘O’形圈特征研

7、究”等[8-11].关键层理论的研究实质是进一步研究硬岩层所受的载荷及其变形规律，进而了解影响工作面及地表沉陷的主要岩层及其变形形态.关键层研究中的重要组成部分是:两层坚硬岩层破断时的组合关系、采动后岩体内的裂隙分布、离层区位置以及对地表破坏规律的识别.　　2“砌体梁，，结构的“S-R”稳定　　采动后岩体内形成的“砌体梁”力学模型是一个大结构，而此大结构中影响采场顶板控制的主要是岩层移动中形成离层区附近的几个岩块(即“砌体梁”中的A,B,C岩块).显然，关键块的平衡与否直接影响到采场顶板的稳定性及支架受力的大小.因此在“砌体梁”结构研究的前提下重点

8、分析了其中关键块的平衡关系，有关的典型研究论文为“砌体梁结构的关键块分析”等[12-14].在这项研究中主要提出了砌体梁关