浅埋深综采覆岩破坏状态及与支架关系研究.pdf

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1、能源技术与管理2016年第4l卷第1期66EnergyTechnologyandManagementV01．41No．1doi：10．39696．issn．1672-9943．2016．01．026浅埋深综采覆岩破坏状态及与支架关系研究于红林，张银，李强(1．大同煤矿集团有限责任公司同发东周窑煤业有限公司，山西大同037000；2．陕煤铜川矿业公司下石节煤矿，陕西铜川727000)[摘要]为了充分认识浅埋深综采覆岩破坏状态以及相应的支架与围岩关系，分别运用有限元软件FLAC。和离散元软件3DEC，模拟得出了浅埋煤层综采覆岩破坏

2、状态和支架压力与顸板下沉量关系曲线，结果表明，浅埋煤层综采具有切落式破坏的特点，并且支架压力与顶板最大下沉量之间近似呈负直线关系。研究结果符合现场实际情况，可为指导生产实践服务。[关键词]浅埋深综采；覆岩破坏状态；支架与围岩关系；数值模拟[中图分类号]TD326[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2016)01-066-03O引言岩性描述柱状我国浅埋煤层开采有近30a的历史，取得了I2．64m黄土：土黄色，未胶结，含钙质结核，疏松，与诸如短砌体梁模型、承压砌块模型、单一关键层理下伏地层呈不整合接触关系。论等大量的研

3、究成果_1，对于浅埋煤层开采具有4．5m砂质泥岩：灰色，泥质结构重要指导意义。但针对浅埋煤层的定义，目前尚无3．55m砂质泥岩：灰白一灰色，泥质结构统一的认识，对浅埋煤层开采的矿压理论也没4．10m粉砂岩：浅灰色，层状有形成共识。因此，需要在浅埋深综采覆岩结构破1．70m细粒砂岩：灰白一灰色，层状I，／坏、支架与围岩关系等方面做更加深入的研究工2．05m粉砂岩：灰白一灰色，层状、／作。／＼3DEC数值软件是一种离散元软件，能够很1．35m细粒砂岩，灰白一灰色，层状}；好地模拟反映出煤层开采后的覆岩破坏状态，而6．95m砂质泥岩

4、：灰色，薄层状，半坚硬FLAC如模拟软件是有限元软件，对于应力和位移煤结构：黑色，由暗煤亮煤和丝炭组成‘{

5、的变化反映较为直观、准确。本文分别针对两种数：1．8o(o．90)0．55薰值模拟软件的特点，基于在鄂尔多斯地区浅埋煤2．20m砂质泥岩：灰色，薄层状‘{——-i层工作面长期的现场工作，并针对该地区的地质／3．40m细粒砂岩：灰白一灰色，层状＼条件和开采条件，以典型矿井凯达煤矿为例进行图1凯达煤矿3603上工作面钻孔综合柱状数值模拟研究。煤层厚度为3．5m，埋深为28ITI。固定模型左右侧1浅埋煤层开采覆岩破坏状态的数值

6、模的水平位移，底端固定水平位移和法向位移。所建拟分析立的模型如图2所示，模拟采用的煤岩物理力学利用3DEC数值软件模拟浅埋煤层开采覆岩参数如表1、2所示。运移破坏规律，凯达煤矿3603上工作面综合钻孔柱状图如图1所示。1．1模型的建立根据钻孔柱状图建立立体模型，其尺寸为300m×150m×38m，即走向推进长度300m使覆岩达到充分破坏状态，工作面长度取150m一次开挖，模型高度按照钻孔柱状取38m。本模拟图2数值模拟模型能源技术与管理2016年第41卷第1期68EnergyTechnologyandManagementVo1

7、．41No．1位移变化特征具体表现在：①上覆岩层是在拉、压l，=一1．0557x+4．1642R=0．9362(1)和剪切应力综合作用下发生屈服破坏的，且以拉、由拟合方程可知，浅埋煤层综采工作面顶板剪切破坏为主；②在地质、开采条件相近的情况最大下沉量与支架阻力呈负相关，且更接近于直下，切落破坏是等距的。由位移等值线图4fa)可线关系。由此，提高支架支护阻力对于预防顶板离知，工作面每推进10m即发生一次破坏，破坏形层和切顶压架具有重要作用。态和宽度相同，切落覆岩所有点位移均相同；③工4结论作面前方上隅角煤壁及顶板属于拉应力集中区

8、，易发生拉伸破坏而煤壁片帮、超前冒落等；工作面基于两种数值模拟方法研究浅埋深综采覆岩后方属于压应力集中区，工作面支架尾梁可能承移动破坏规律，得到如下结论：①浅埋综采覆岩发受较大载荷。因此，应注重煤壁和顶板管理工作。生整体切落式破坏，地表具有台阶下沉，可划分为切落压实区和切落区两部分；为防止浅埋煤层切3浅埋煤层开采支架压力与顶板下沉量顶压架事故，开采实践中要求支架的初撑力必须关系达到规定要求。②浅埋覆岩破断以拉剪为主，地支架与围岩相互作用关系主要体现在指支架质、开采条件相似时具有等距离切落特点，端面及压力和顶板下沉量的关系，只有

9、在底板软弱、煤帮煤壁处于拉应力集中区，支架处于压应力集中区，不稳定的情况下，支架与底板和煤壁关系的重要为来压预报及煤壁片帮防治等提供依据。③与一性才突出。采用建立的数值模型，模拟分析浅埋般埋深条件下支架与围岩的双曲线或类双曲线关深工作面支架与围岩关系，即支架与顶板关系。由系不