矿压规律及围岩控制技术

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1、“两硬”条件综采工作面的矿压规律与围岩控制技术探讨赵强摘耍：本文从现场实际岀发，建立了两硬条件下顶板活动的数学模型，通过理论分析和现场观测，对坚硬顶板的活动规律及综采工作而的顶板控制技水进行了探讨。关键词：坚硬顶板；综采工作Ifth矿压规律；围沿控制。大同矿K所采的侏罗纪煤层齊遍存在着顶板与煤层坚硬的特点，综采工作面顶板矿压显现规律的研究和围岩控制技术足“两硬”条件安全开采的关键技术，是支架的选型设计、工作囬设计及冋采工艺研究确定的基础。通过多年来的研究和实践总结，得出了较合实际的综采工作面坚硬顶板围岩控制技术，取得了较好效果。1.坚硬顶板活动

2、规律的研究首先我们建立如下力学模型，工作面顶板被许多节理或断层切割成冇限个薄板块，设定和互之问铰接连接，板的尺寸可能大小不一，如图1所示。在工作面长度方向上，围岩被简化为一系列相互铰接的薄板，工作而两端和煤壁被固定工作沏煤壁職数娜纖概:臟:纖觀娜綱端部煤柱端部煤柱图1铰接薄板结构模型支承。随着工作面的不断推进，薄板的悬空面积越来越大，薄板弯曲挠度也越来越大，而薄板内部的应力也随之不断增大，当薄板内部的应力满足岩石破坏准则时，薄板发生破断。妞然强度较低的薄板，首先要发生破断。在工作血长度方向上，临近的薄板就变一侧悬空。现在分析薄板A、B、C在薄板

3、A破断前后边界支承情况变化。薄板在破断前，薄板A、B、C都是两边简支，一边固定，一边悬空自由。在薄板A破断后，薄板BA侧失去了支承，变成了自由边，而薄板C的左侧变成了自由边。根据弹性力学薄板弯曲理论，在材料相同、尺寸和所受的外载相等条件1，边界条件决定着薄板的挠度和薄板内部极力。薄板在破断前，薄板A、B、C都是W边簡支，一边固定，一边悬空0由，如图2所示。薄板A破断U临近薄板B、图2—边同定两边简支的薄板模型C变为了一边固定、一边简支、W边自由，建立如图3所示。根据弹性力学理论图3—边固定、一边简支的薄板模型图3所示的一边简支、一边固定薄板模型

4、发生的最大挠度和内部最大应力耍成倍人于图2所示的薄板A破断前临近薄板B、C发生的最人挠度和内部最人应力。此时很容易造成薄板B、C的破断。依次类推，薄板B、C的破断也很容易造成临近薄板的破断。这样薄板的破断就向两侧推进直至工作而的两个端尖，这也就是综采开采中经常会出现端尖悬板的原W。为了更深入的研究顶板活动规律，我们进行Z和似材料模拟试验和三维数值模拟计算研究，并在现场进行了工作面矿压观测、深基点观测及巷道松动圈的测定。在义安矿9'煤层8402综采工作面，采用ZYDC—III型综采支架连续记录仪进行监测，绘出的支架阻力沿工作而排进方向的变化曲线。

5、阁4为5"支架工作阻力与推进距离之间的变化关系。100008000600()<•：c>卜S?K5?SsstgS$S5：SF：5SSSS5；至切眼距离/mcmO-♦—整架初搾力（KN〉一曇一整架末工作肌力（KX）—整架时间加权f均附力（KN）阁4屮部5#测线工作阻力与推进距离关系研究发现，坚硬顶板条件下的综采与其它条件综采相比顶板活动规律宥明显差别，顶板來压强度增大，矿压显现剧烈，由于顶板坚硬，老顶初次来压步距大于50m,头、中、尾老顶初次来压的步距分别为58.9m、55.2m和58.9m,平均为57.8m。老顶的周期来压步距为13m〜21m,平

6、均为19.2m。顶板冒落厚度大，煤殖片帮较明显。矿压显现存在分期、分段、迁移的特点。阁5为8402工作面方向上不同测线上初次来压步距的变化。图中显示工作面中部最先来压，然后昀工作面两个端部逐渐扩展，开采实践验证了铰接薄板模型的正确性。初次來压步距(m)测线号图5工作血方14上初次来压少S1I变化1.工作面围岩控制技术根据以上的理论分析可知，在工作而方向上如果有部分顶板预先垮落，整个顶板的强度将大大降低，从而达到降低顶板大血积來压的FI的。W此，我们对喂硬顶板主要采用在工作面W端进行强制爆破处理的方法，进行围岩控制。如图6所示。工作而实行深孔爆破

7、人工强制放顶后，控制了顶板的垮落，直接顶基本上能随采随胃，老顶的悬板不人，悬板尺度都在20mX15m以内。工作面初次来压和周期来乐强度都奋所降低。S402控顶线24025xk8m15m阁6工作而放顶孔孔水平布置示意阁2.主要结论(1)坚硬顶板条件下，工作面来压时，存在分期、分段、迁移的特点，两个端头易出现悬板。(2)在进行围岩控制时，可在工作面端头采用深孔爆破的方法进行顶板的弱化处理，使采空区顶板在头、尾拉丌槽，在采动屮自行垮落。从而有效地降低顶板的來压强度。