【摘要】：為解決大傾角煤層變角度綜放工作面"支架-圍巖"系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的難題,以棗泉煤礦120210工作面綜放開采為工程背景,采用平面相似模擬實驗、理論分析和現(xiàn)場礦壓觀測等綜合研究方法,重點研究了角度變化過渡區(qū)域"支架-圍巖"系統(tǒng)穩(wěn)定性,分析得出了大傾角變角度綜放采場圍巖變形破壞及支架穩(wěn)定性的分區(qū)域特征.結(jié)果表明:在大傾角變角度工作面,上部區(qū)域是安全高效生產(chǎn)的主體區(qū)域,下部區(qū)域是整體穩(wěn)定性的基礎(chǔ),中部區(qū)域是安全高效生產(chǎn)與系統(tǒng)穩(wěn)定協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵區(qū)域,并提出基于工作面仰偽斜變角度布置、頂煤放出量和支架工作阻力分區(qū)域控制的大傾角變角度工作面圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù).
【圖文】：

第３期王紅偉等：大傾角變角度綜放工作面頂板運移與支架穩(wěn)定性分析圖１覆巖傾向垮落特征Ｆｉｇ．１Ｔｅｎｄｅｎｃｙｃａｖｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒａｔａ大傾角變角度工作面傾向覆巖結(jié)構(gòu)由中上部區(qū)域的“懸臂梁”和下部區(qū)域的傾斜砌體組成，可簡化為兩端固支的彎梁結(jié)構(gòu)（圖２），并可按照三次超靜定結(jié)構(gòu)處理，并假設(shè)彎梁受均布載荷，Ｄ點受力Ｆｘ，Ｆｙ和力矩ＭＤ將其轉(zhuǎn)化為靜定結(jié)構(gòu)計算，求得ＣＤ，ＡＣ段任一點的彎矩Ｍ１，Ｍ２為Ｍ１＝ＦｘＸ１ｓｉｎα１＋ＭＤ－ＦｙＸ１ｃｏｓα１－ｑＸ２１２ｃｏｓα１，（１）Ｍ２＝ＦｘＬ２ｓｉｎα１＋Ｘ２ｓｉｎα（）２－ＦｙＬ２ｃｏｓα１＋Ｘ２ｃｏｓα（）２＋ＭＤ－ｑＬ２Ｌ２ｃｏｓα１２＋Ｘ２ｃｏｓα（）２－ｑＸ２２ｃｏｓα２２，（２）式中：Ｘ１為ＣＤ段任一點到Ｄ點的距離；Ｘ２為ＡＣ段任一點到Ｃ點的距離；α１為巖梁ＣＤ段傾角；α２為巖梁ＡＣ段傾角；Ｌ１，Ｌ２分別為ＣＤ，ＡＣ段的長度；ｑ為傾斜砌體所受均布載荷，即某一確定值，與巖性有關(guān)．圖２頂板巖梁力學模型及應力分布Ｆｉｇ．２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｂｅａｍ利用單位載荷法，在Ｄ點分別施加單位力和力偶，則ＣＤ，ＡＣ段任一點Ｘ１，Ｘ２的彎矩分別為Ｍ１ｘ＝Ｘ１ｓｉｎα

ｃｅｍｅｎｔｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒａｔａ以上分析顯示，變角度工作面受不同傾角的影響位移量具有更加明顯的非對稱特征，工作面中部區(qū)域是上部和下部角度變化的轉(zhuǎn)換區(qū)，位移量由垂直位移和水平位移組成，且在角度變化位置１、位置２處發(fā)生突變，工作面上部、下部區(qū)域直接頂主要發(fā)生垂直位移，覆巖位移主要經(jīng)歷彎曲下沉、破斷垮落和滑移充填３個階段，，由于位移量包括滑移充填距離，得出頂板位移最大值要大于工作面開采空間高度．３變角度工作面支架穩(wěn)定性分析沿工作面傾向布置３個測區(qū)（圖４）：上部區(qū)域（支架編號Ｎｏ．７３～Ｎｏ．１０９）、中部區(qū)域（支架編號Ｎｏ．３７～Ｎｏ．７２）、下部區(qū)域（支架編號Ｎｏ．１～Ｎｏ．３６），對棗泉煤礦１２０２１０工作面進行了礦壓監(jiān)測．圖４測區(qū)和測線布置Ｆｉｇ．４Ｌａｙｏｕｔｏｆｓｕｒｖｅｙａｒｅａａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅ通過分析不同測區(qū)支架受力隨開采的變化，得出１２０２１０綜放工作面沿傾斜方向支架受力具有明顯的分區(qū)特征（圖５）．圖５工作面傾向支架受力狀態(tài)變化Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｆｏｒｃｅｃｕｒｖｅｓｓｔａｔｅｏｆｓｕｐｐｏｒｔｓａｌｏｎｇｔｅｎｄｅｎｃｙ由圖５知，在下部區(qū)域支架所受載荷最大，平均２９．５ＭＰａ，且支架受力不均、變化范圍大；中部區(qū)域支架所受載荷小于下部區(qū)域，平均載荷２７．１５ＭＰａ，支架受力較均勻；上部區(qū)域支架受載荷最小，平均載荷２３．７ＭＰａ，支架受力均勻，且隨著工作面推進變化幅度較�。诮嵌绒D(zhuǎn)換位置１、位置２內(nèi)支架受力出現(xiàn)零，造成頂板－支架－底板（Ｒ－Ｓ－Ｆ）系統(tǒng)構(gòu)成元素的“非完整性
【作者單位】： 教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室;西安科技大學能源學院;
【基金】：國家自然科學基金重點項目(51634007) 陜西省自然科學基礎(chǔ)研究計劃項目(2016JQ5019) 陜西省教育廳專項科學研究計劃項目(2016JK1491)
【分類號】：TD325

【參考文獻】

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【共引文獻】

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本文編號：2542371