采场上覆岩层移动变形值计算

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1、第17卷第1期湘潭矿业学院学报Vol.17No.12002年3月J.XIANGTANMIN.INST.Mar.2002文章编号:1000-9930(2002)01-0022-02采场上覆岩层移动变形值计算邹喜正,冯光明,刘程(中国矿业大学能源学院采矿工程系,江苏徐州221008)摘要:在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关.依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型.根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系,

2、利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式.并结合实例进行岩层移动变形预计计算,计算结果与实际观测数据十分接近.图1,表1,参5.关键词:上覆岩层;参考坐标系;移动下沉量中图分类号:TD32文献标识码:A我国煤炭赋存条件复杂.在一定环境下,开拓、准式中:Wx为距开采边界距离x处的下沉值;Wmax为岩备巷道布置在煤层顶板中更为有利.据不完全统计,我层的最大下沉值;S为岩层下沉的的拐点移动距离.国14个矿务局25个煤矿有应用顶板巷道的实例.顶岩层移动过程中,各岩层的刚度不同,在岩层交界板巷道的位置及维护与采场上覆岩层移

3、动变形状况密面产生离层.考虑到上覆岩层刚度值有一定的随机性,切相关.前苏联曾通过大量的现场实测,依据采场上覆本文将岩层间的离层值作为相应岩层的变形值,上覆岩层移动变形规律,提出顶板巷道的合理布置参数及岩层视为非连续介质.同时,计算以充分采动为基础.相应支护方式.国内这方面的研究较少,因此分析研究2计算模型采场上覆岩层活动规律,计算上覆岩层移动变形值,对确定顶板巷道的布置参数和支护形式,有十分重要意义.上覆岩层运动包括岩层移动和变形两部分,岩层下沉曲线可用概率积分曲线拟合.但是,各层位岩层的1基本假定下沉曲线有不同的最大

4、下沉值,不同的拐点位置,拐点众所周知,地下煤炭采出后,采场上覆岩层由下至切线斜率也不相同.(2)式中Wmax、r、S等参数都随着上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带.裂隙带内岩块间岩层相对煤层间距而变化.为此,计算模型中选择参考相互咬合,可形成砌体梁式岩体结构.岩层移动变形的坐标系.原始坐标系原点固定在采场煤壁与顶板的交计算区域由裂隙带起至地表.点,新坐标系以岩层下沉曲线拐点在岩层的投影位置概率积分法预计模型在我国开采沉陷的应用中是为原点,计算模型见图1.依据参考坐标系的函数关最普遍的,其预测精度较高,使用方便.概率积分法

5、所用的移动和变形预计公式中含有概率积分,其基础是[1]随机介质理论.地表单元下沉盆地的表达式:122We(x)=exp(-
x/r).(1)r式中,r为岩层下沉的主要影响半径.根据阳泉、开滦、大屯矿区裂隙带岩层深基点移动观测结果,采场上覆岩层移动变形曲线符合负指数函数曲[2-3]线.概率积分的级数表达式与负指数函数形式近似,上覆岩层移动变形可用正态分布曲线的积分曲线表示:xWmax22Wx=∫exp[-
(x-S)/r]dx.(2)r-∞收稿日期:2001-07-30作者简介:邹喜正(1946-),男,吉林人,中国矿业

6、大学教授,硕士,主要从事采矿工程方面的研究.第17期第1期邹喜正等:采场上覆岩层移动变形值计算23系,(2)式中上覆岩层移动变形值Wx不仅与距开采边[4]界距离x有关,还是岩层与开采煤层间距y值的函3计算实例数.同样,岩层的最大下沉值Wmax、岩层下沉的的拐点阳泉矿区二矿8#煤层平均厚度2.55m,倾角4°,距移动距离S、岩层下沉的主要影响半径r等参数也应地表距离480m.顶板岩层以中粗粒砂岩为主.在8#当用y的函数表示,采场上覆岩层下沉量为:x2煤层2802工作面充分采动条件下,计算8#煤层上Wmax(y)x-S(y

7、)W(x,y)=exp(-
)dx.r(y)∫-∞r(y)部,距离53m处3#煤层移动、变形值.(3)已知条件:k1=1.6、k2=1.1、h=6m、=0.72、2.1最大下沉值H=480m、M=2.55m、=4°,代入(5)式可得:观测表明,采场上覆岩层最大下沉值与距煤层间a=2.1,b=0.0003.距的关系式符合将a、b代入(4)式:-0.0003×53Wmax(y)=a×exp(-by).(4)Wmax(53)=2.1×e=2.068m式中,a、b是与采场上覆岩层结构、岩性有关的系数,由(7)式、(6)式、(

8、8)式:可按下式计算:tan!=1+0.0032×53=1.17,aexp(-bH)=Mcos,53r(53)==45m,1.17k1-k2(5)aexp(-bh)=×M.S(53)=0.36×53=19m.k1-13#煤层下沉变形曲线为:式中:为地表下沉系数;为煤层倾角,°;M为煤层开x22.06x-19采厚度,m;k1、k