回采面两巷煤帮塑性变形机理分析及控制.pdf

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1、能源技术与管理2010年第6期doi：10．3969~issn．1672—9943．201006．010回采面两巷煤帮塑性变形机理分析及控制徐大贵，史向明(江苏宏安集团瓦庄煤矿，江苏徐州221132)[摘要]在老区复采条件下，回采工作面两巷弱层发育的煤帮在矿压作用下具有弹性、可塑性和流变性，利用流变学理论分析其变形规律，即受力煤体当外力没有克服其内部抗力时，其塑性固体的流变特性表现为弹性。再通过分析其产生塑性变形的根本原因，采取行之有效的控制措施，使回采工作面两巷在回采过程中煤巷两帮减缓变形速率直至稳定，保证了工作面的安全高效

2、回采。[关键词]回采巷道；塑性变形；控制[中图分类号]TD325[文献标识码]B[文章编号]1672—9943(2O10)06-O0242关键因素是工作面回采带来的矿压重新分布，根0引言据观测结果，工作面两巷沿推进方向距离工作面江苏宏安集团瓦庄煤矿主采下石盒子组3煤小于90m范围内，煤巷两帮煤体从变形临界状态层。3煤层伪顶一般为厚0．1-0．5m的灰色泥岩或进人变形阶段。在工作面推进过程中，控制煤巷两炭质泥岩。直接顶为灰色泥岩或砂质泥岩，岩石强帮变形发展就是控制煤层与顶底板之间弱层的流度大时，裂隙较发育，岩石强度小时，滑面较发

3、育。变特性，为了顺利完成工作面的回采，减少煤巷两老顶为灰白色细～中粒砂岩，裂隙较发育，泥钙质帮变形量，保证工作面两巷的有效断面符合《煤矿胶结，局部与其上部的第二层砂岩合并，其总厚可安全规程》规定，需制定合理的控制措施。达20m以上，工作面回采时不易冒落。直接底为1煤壁塑性变形发展特征深灰色泥岩，易碎，老底为砂岩与泥岩互层或厚层砂质泥岩。该矿现在开采的3煤层为老区复采，开1．1塑性变形阶段划分采煤层基本为3煤下分层和部分阶段煤柱。3107煤壁变形在形成过程中，由于受煤体内软弱甲面即为复采工作面，顶板为再生顶，工作面布置夹层的流变

4、特性控制，使煤体变形具有塑性特性。在部分老巷、煤柱和下分层中间，工作面两巷及回煤壁变形大体上可分为初始变形阶段，稳态变形采过程中矿压显现规律不明显，不均匀。老区复采阶段和加速变形阶段⋯。一般，初始阶段经历的时的工作面在回采时，工作面上下巷，因受采动影间较短，塑性变形发展很快，但位移速度成减速发响，发生局部变形破坏，巷道断面往往由初始的展；稳态变形阶段的时间段较长，其特点是在此时7m缩小至2．5m。根据观测，工作面推进时两巷间段内煤体塑性变形的速度大致保持在一个较小最大移近速度巷道两帮为0．2m／d，底板0．07m／d，的范围内

5、波动，近似看做是一常量；加速阶段的特顶板0．05m／d。根据《煤矿安全规程》规定，炮采工点是位移速度逐渐增大。煤壁塑性变形进入加速作面两巷高度不得低于1．6m，巷道剧烈变形后两阶段就预示着会因塑性变形的急剧发展而支架失巷不能满足规程要求。巷道变形总体是两帮先动，稳破坏，因而在进行预测预报的同时，采取各种措帮、底变形量大，顶板变形量相对较小，变形区围施进行治理，防止或推迟这一时间的到来。岩地质条件较为复杂。1．2塑性变形模型分析从工作面煤层地质结构、构造、巷道变形、破对于一个样品而言。在某一应力级下，当剪应坏机理研究中可以看出，

6、巷道变形、破坏模式为两力不变时，剪应变是时间的函数，即r=f(t)。而当帮和底板表层出现拉应力破坏，顶板有少量下沉。剪应力分级施加时，其剪应变则是剪应力和时间尤其明显的是两帮煤层有流变、可塑性破坏的特的函数，即r=f(r，t)。分析及建立塑性变形模形就点，即煤层沿顶底板弱层顺层滑移，向巷道内膨是为了具体确定这种函数关系。出，如不加控制，煤层会持续变形。决定其变形的塑性变形全过程包括瞬时应变。、初始塑性2010年第6期徐大贵，等回采面两巷煤帮塑性变形机理分析及控制25变形、定常塑性变形Y和加速塑性变形，直于采动影响。煤层开采以后

7、，采空区上部岩层重量至试样破坏。据试验：当剪应力T<7时，具有瞬时将向采空区周围新的支承点转移，从而在采空区应变yo=T／G。，一∞时，最终趋于某一定值的趋稳四周形成支承压力带。3107甲面周边已经是原采变形；当丁>丁时，由于出现加速塑性变形，符合宾空区，岩体应力场分布非常复杂，但大多集中在工汉姆体，其中圣维南塑性体强度即长期强度7-；作面推进方向的煤体上，煤体本身为下分层，压力当进入加速塑性变形阶段，黏滞系数77随时间不显现极不均匀，当围岩应力小于煤体强度，围岩仍断减少，故加一定叼的牛顿黏滞体，即+=T／G。+处于弹性状态，

8、围岩应力可用弹性力学方法按平r／G(1-eG／7l‘t1)+T／B2‘t2+r／n3‘t，式中，G0、面应变问题计算。如果围岩应力大于煤体强度，煤体会产生塑性变形，出现塑性变形区。工作面煤体G为瞬时、长期剪切模量，10Pa；77、叼，、叼为初受压后产生塑性变形，煤巷两帮形成薄