回采工作面上覆巖層的破壞和運動規(guī)律的是礦山壓力與巖層控制研究的主要問題。隨著工作面的不斷推進(jìn),礦山壓力的大小與分布一直處于動態(tài)的變化過程中,由于圍巖在不斷運動,工作面液壓支架與巷道圍巖不斷在受力,其受力的大小、性質(zhì)和變化規(guī)律與上覆巖層的運動更是密不可分的。隨著采高的增加,采場圍巖破壞規(guī)律具有一定的特殊性,因此摸清大采高條件下上覆巖層運動與發(fā)展規(guī)律對于工作面的安全高效生產(chǎn)具有十分重要的意義。本文以李村煤礦1301大采高綜采工作面為研究背景,基于工作面頂板的力學(xué)性質(zhì)及厚度,根據(jù)礦壓觀測結(jié)果,將其頂板分為直接頂、類基本頂和基本頂三類。類基本頂是位于直接頂上方和基本頂之間的較堅硬巖層,在回采過程中會引起工作面的小初次來壓和小周期來壓,此類頂板最終會垮落到采空區(qū),無法長期形成傳遞力的巖梁。文章通過運用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的方法對李村煤礦大采高采場頂板破壞及運動規(guī)律進(jìn)行了研究,主要研究結(jié)論如下:(1)類基本頂也存在初次垮落和周期垮落。初次垮落的形式依然為“砌體梁”結(jié)構(gòu),但是周期垮落可能會出現(xiàn)“砌體梁”結(jié)構(gòu)和“懸臂梁”結(jié)構(gòu)兩種垮落形式,并基于“S-R”穩(wěn)定理論,對類基本頂?shù)呐袛嗥陂g的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析:通過含裂隙的頂板模型,解釋了在工作面傾斜方向上礦壓顯現(xiàn)出現(xiàn)分段性、遷移性的原因。(2)運用UDEC數(shù)值模擬軟件和3DEC數(shù)值模擬軟件模擬工作面回采,總結(jié)在回采過程中的頂板運動規(guī)律發(fā)現(xiàn):類基本頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?0m,周期垮落步距為8m,周期垮落形式為“懸臂梁”結(jié)構(gòu);基本頂初次來壓步距為80m,周期來壓步距為20m。(3)運用理論分析法和數(shù)據(jù)實測法兩種方法分別對大采高工作面支架支護(hù)阻力進(jìn)行了計算,通過理論分析法計算得到支架支護(hù)阻力為RH=5326.28kN。通過數(shù)據(jù)實測法計算得到支架支護(hù)阻力為RH=5326.28kN。(4)對1301工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行現(xiàn)場實測。實測結(jié)果表明工作面在回采期間存在大小周期來壓的現(xiàn)象,在觀測期間類基本頂周期垮落步距平均在10m左右,而基本頂平均周期來壓步距在23m左右,運輸順槽圍巖最大變形量為84mm,回風(fēng)順槽圍巖變形量最大值為67mm,支架平均初撐力為5901.24kN,最大循環(huán)末工作阻力為10516.66kN。
【學(xué)位單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD325
【部分圖文】：

由于采高的增加，造成煤層上方頂板運高條件下定義的基本頂可能會垮落充填到采空區(qū)，大頂會隨著采高的增加而向上移動，大采高工作面直接為三種，既軟弱型巖層、“軟弱－堅硬”混合型巖層、堅”混合型巖層是最常見的。由于傳統(tǒng)意義上的基本頂?shù)讲煽諈^(qū)，但是這部分頂板厚度比較大且比較堅硬，到采空區(qū)，特別地，會引起工作面的來壓，因此將大義為類基本頂。在本文中，以李村煤礦１３０１大采高工內(nèi)的頂板組成為“軟弱－堅硬”混合型巖層，我們將這層基本頂。類基本頂垮落時，會以一種尺寸較大的形態(tài)方，類基本頂?shù)倪\動形式與基本頂運動形式相似，但

隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，工作面上方直接頂隨采隨跨，類基本頂懸露面積??在不斷增大，當(dāng)類基本頂達(dá)到極限跨度時，類基本頂即發(fā)生初次垮落，垮落后??的一般狀態(tài)可用圖２．２表示。對于工作面中部，類基本頂初次垮落形成新的結(jié)構(gòu)??也可以認(rèn)為是一種“砌體梁”結(jié)構(gòu)。??Ｉ??基本頂??ＩＩ?１??類基本頂－Ｊ???直接頂??＼?????圖２．２類基本頂結(jié)構(gòu)初次垮落示意圖??Ｆｉｇ．２．２?Ａ?ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??大采高綜采面回采后，類基本頂周期破斷運動形式存在“砌體梁”和“懸臂梁”??兩種，類基本頂以何種周期破斷形式運動取決于類基本頂?shù)南鲁亮浚纛惢??頂回轉(zhuǎn)下沉量達(dá)到了其鉸接失穩(wěn)下沉量的條件，類基本頂就會以“懸臂梁”周期??破斷形式運動，反之會以“砌體梁’’周期破斷形式運動。但無論類基本頂以哪種??周期垮落方式垮落，其初次垮落形式?jīng)]有區(qū)別。判斷類基本頂周期破斷形式按??照砌體梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊分析方法，建立類基本頂結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊模型如圖２．３所示。??圖２．３類基本頂結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊體的受力模型??Ｆｉｇ．２．３?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｋｅｙ?ｂｌｏｃｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??８??

隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，工作面上方直接頂隨采隨跨，類基本頂懸露面積??在不斷增大，當(dāng)類基本頂達(dá)到極限跨度時，類基本頂即發(fā)生初次垮落，垮落后??的一般狀態(tài)可用圖２．２表示。對于工作面中部，類基本頂初次垮落形成新的結(jié)構(gòu)??也可以認(rèn)為是一種“砌體梁”結(jié)構(gòu)。??Ｉ??基本頂??ＩＩ?１??類基本頂－Ｊ???直接頂??＼?????圖２．２類基本頂結(jié)構(gòu)初次垮落示意圖??Ｆｉｇ．２．２?Ａ?ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??大采高綜采面回采后，類基本頂周期破斷運動形式存在“砌體梁”和“懸臂梁”??兩種，類基本頂以何種周期破斷形式運動取決于類基本頂?shù)南鲁亮浚纛惢??頂回轉(zhuǎn)下沉量達(dá)到了其鉸接失穩(wěn)下沉量的條件，類基本頂就會以“懸臂梁”周期??破斷形式運動，反之會以“砌體梁’’周期破斷形式運動。但無論類基本頂以哪種??周期垮落方式垮落，其初次垮落形式?jīng)]有區(qū)別。判斷類基本頂周期破斷形式按??照砌體梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊分析方法，建立類基本頂結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊模型如圖２．３所示。??圖２．３類基本頂結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊體的受力模型??Ｆｉｇ．２．３?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｋｅｙ?ｂｌｏｃｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｉｎ?ｒｏｏｆ??８??
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本文編號：2860363