文摘
本研究的目的是揭示的规律在开采上覆岩层运动和压力演化超高完全机械化开采的面孔。基于Shangwan煤矿12401工作面完全机械化的研究,本研究进行了研究和分析利用相似模拟实验的方法,数值模拟和现场测量。结果表明,最大和最小主应力在前面的煤层工作面集中与工作面推进的。应力集中的程度增加而增加推进范围和最大主应力的集中程度的变化梯度大于最小主应力。但是峰的范围导致煤壁低于最小主应力的峰值导致煤壁。在采空区压力恢复的现象存在。与工作面推进距离的增加,压力恢复的程度逐渐增加,最大主应力恢复的程度高于最小主应力的复苏。工作面附近的大裂缝观测地下压力密切相关,表面会出现较大裂缝,裂缝成为窄附近的两条途径。只有屈服和薄基岩上覆岩层中裂隙区存在,和弯曲下沉带和基岩厚度变化。液压支架的支持强度不应小于1.47 MPa。 This research on the overburden movement and stress evolution law of a super-high fully mechanized mining face can provide theoretical guidance for the exploitation and utilization of extrathick coal seam resources. It has broad engineering prospects.
1。介绍
中国经济和社会的快速发展与能源供应。煤炭作为重要的能源来源,已经发挥了关键作用。与煤炭开采设备和技术的不断发展,完全机械化面临的出现和超大型矿山庄(8米以上)提高资源回收率和促进了采矿技术的升级和设备。因为岩石破裂和不稳定的机制在extrathick煤层的开采过程尚不清楚,岩层运动和压力的动态演进试采过程中没有很好理解上覆岩层运动和采矿。这已经产生重大影响超高综合矿业面临的安全。国内外专家、学者进行了重要的上覆岩层运动规律的研究工作面临大型矿业高度。工作面基本顶断裂位置是大约在工作面前,有一个更高的层和类似的平衡结构和放顶煤在上覆地层分层开采。岩层的移动是一个动态的、逐渐变化的过程(1- - - - - -4]。采高的增加和工作面宽度,屋顶倒塌高度增加而指数;这加剧了自由空间对上覆岩层的影响失败。相比之下,工作面长度不影响屈服区。回归公式的相关性因素挖掘高度和工作面长度提供了技术指导为工作面(选择合适的配套措施5- - - - - -8]。法律的综合矿业面临的压力Bulianta Daliuta煤矿进行了研究和总结。法律的压力显然出现在了大采高工作面浅煤层。此外,当屋顶压力下,煤壁的现象,屋顶沉没,隧道底鼓出现(9,10]。通过监测顶板岩层的位移在寺河矿和成庄矿和系统地分析地层上覆岩层破坏的位置和它的平衡结构,它已经得出结论,工作面基本顶断裂的位置高大约是在工作面前。与分层开采相比,有一个更高的水平与放顶煤和类似的平衡结构。地层的运动是一个动态的、逐渐变化过程(11,12];运动过程和演化由于large-mining-height采场上覆岩层断裂后复制通过室内测试。的屈服软弱覆岩层发现取决于开发范围的层间分离骨折13,14]。7.0米的测量和分析综合开采面进行,并得出结论,超高的注册表子项层开采脸很容易进入崩溃区;因此,它不能被一个共同的工作面。形成一个稳定的“砌体梁”结构,并定期“悬臂梁”结构坏了(15]。直接顶的上覆岩层的工作面,动态方程建立了屈服区,分布和动态分布特征的屈服区采空区公布(16,17]。基于微地震事件的数量和能量分布记录的微地震监测技术,建立了垂直的岩石。屋顶运动被划分在直接和水平方向分析的微地震监测结果Dongjiahe煤矿。表土是沿着垂直方向分为六个区域:崩溃区,块区域,通过区域垂直裂缝,垂直断裂带,分层区,和弯曲下沉带(18- - - - - -20.]。研究了大采高采场的结构特点表明,增加开采高度显著影响产生的自由空间后上覆岩层的失败(21,22]。基于关键层理论,采场上覆岩层结构特征和迁移规律进行研究,高度的屈服和断裂区发现了显著影响关键层的分布。大采高综采工作面,直接顶之间的裂缝的发展高度和基本的屋顶开采高度成正比。和矿业高度越大,压力越强的现象。(23- - - - - -25]。基于这个特点,直接顶的关键层的概念及其判别方法已被提出。基于关键层的直接顶,直接顶分类的存在,工作阻力计算的支持(26- - - - - -28]。
了大采高工作面申东矿区的特点是埋藏深度小,大型采矿空间,高干扰开采上覆岩层的[29日- - - - - -31日]。先前的研究结果与上覆地层的违法活动的影响下采矿large-mining-height工作面临为研究提供一定的参考上覆地层破坏法律的8.8工作面上述矿区(32]。然而,8.8工作面是目前世界上最大的综采工作面与一个完整的矿业高度和采场空间7 m工作面临的两倍;关于这个主题的研究是有限的。屋顶结构的有效控制,确保安全、高效开采的特大型采场空间,我们进行了物理模拟,数值计算,实地测量研究上覆岩层运动和矿业在推进过程中应力分布的8.8米super-large-mining-height Shangwan煤矿综采工作面。通过现场测量、理论研究、相似模拟,数值模拟计算,认为液压支架工作阻力确定是26000 kN。结果提供有价值的工程参考矿业面临类似的工作。
2。相似模拟实验
2.1。实验方案
根据相似理论,应该使用相似的材料准备模型在模型实验,和类似材料的主要力学性能相似的仿真模型;材料的力学性能应稳定在实验中避免任何重大影响的外部环境;材料比应该定期更换,机械性能应调整。基于岩层的力学性能和模拟实验的实际需求,选择石英砂骨料,水泥石灰和石膏,云母粉作为岩石间隔在这项研究。表1列出了相似模拟实验的具体参数。
模型的长度、宽度和高度是3000年,300年和1680毫米。网格线是根据尺寸100毫米×100毫米,共有29个水平和15垂直网格线。位移监测是在水平和垂直网格线的交点。总共有435个位移监测中设置实验。九压力测点设置在硬层49.26米和87.3米在主关键层。图1显示压力位移测量的布局和大小分。表2介绍了原型和模型岩石强度和材料的比例。
2.2。分析的结果
2.2.1。压力出现
考虑字段之间的相似性比矿业进展和实验模型转化为4.6厘米的距离每一次,每小时一次。12401工作面开采开始在右边,推进长度为405米。
随着煤层开采的进步,屋顶开始弯曲下沉,直到分解,和初始压力和循环压力出现。后第一个工作面冒顶,如果屈服了直接顶不能充满了采空区,与工作面推进,暂停旧屋顶的面积会不断增加。当重量超过强度极限的屋顶,屋顶的基本将首次打破了,崩溃,和工作面面临压力。当工作面推到54米,基本顶断裂第一次和煤壁剪切破坏。岩石破坏由于底板的影响基本的屋檐下;然而,仍然是大的块大小,如图2。
工作面进步到79米时,第一个周期权重发生在基本的屋顶,和加权一步距离是24.65米。屈服区高度为19.1米。先进的96工作面时,第二个周期权重发生在基本的屋顶,和加权一步距离是17.35米。注册表子项层和硬层之间的地层开始弯曲下沉,直到稳定后联系坍塌地层;然而,上面形成很大的自由空间,崩溃区高度达30米。
这种模式是先进的工作面总共405,基本顶周期的16倍。表3列出了具体的参数。实验结果表明,加权的第一步基本的屋顶是54米,周期性加权一步是在13-30 m,第一个打破主关键层的距离是79米。表2介绍了周期性加权的情况。充分挖掘后,回采线方向为61°,开幕式和削减65°方向,提出了一种对称分布,和屈服大约是梯形形状,如图3。
2.2.2。上覆岩层运动规律
从位移云地图,我们可以直观地看到每个点的位移。箭的时间越长,位移越大。
基于每个监测点的位移数据,如图4,当开采达到54米和405米,屋顶的沉降曲线。有更多的岩石位移煤层附近的屋顶,反之亦然,如图5。的发展高度屈服区在12401工作面是48米,开采高度的5.45倍,和发展中裂隙带的高度是108米,这是开采高度的12.27倍。在工作面推进的,只有屈服和上覆岩层中裂隙区存在基岩厚度,和弯曲下沉带和基岩厚度变化。
(一)
(b)
当工作面发展到54米,垂直方向的最大变形的表面采矿工作面是0.137米,最大地表沉降是直接在工作面之上。地表沉降等值线是椭圆,最大沉降中心的椭圆。椭圆的最大沉降范围是133沿长轴沿短轴和34米。当工作面推进到405米时,地表沉陷轮廓呈现出一种近似圆形分布。最大位移达到2.38米。这个时候,地表沉陷值达到地质采矿条件下的最大沉降值。表面是完全开采。地表沉降逐渐减少从里面的椭圆外,圆形轮廓线的直径和沉降超过2米到143米。
3所示。数值模拟研究上覆岩层运动和压力的进化
根据屋顶和地板12401工作面条件,建立了一个模型。模型的长度和宽度是800米和400米,分别。模型高度随基岩和上覆松散层的厚度。模拟工作面长度300米,矿业的高度是8.8米。在仿真过程中,破碎的表土的单位设置为一个空的网格模拟表土崩溃的过程。基于估计过重的膨胀系数,模拟压力的采空区是复苏采空区由于上覆岩层运动的现象。最初的压力强加的x方向,y方向,z方向是10 MPa, 10 MPa,分别和15 MPa。埋藏深度设置为200。此外,莫尔-库仑本构模型采用煤和岩石,及其力学参数设置,如表中列出4。
3.1。矿山压力的分布及演化特征
3.1.1。主应力的分布特征
最大主应力σ1原岩的分布沿Z设在(垂锤方向)。每个岩层的最大主应力变化下煤层开挖的影响。图6显示最大主应力的分布的煤层在不同推进时间表。进步的工作面,中间主应力的最大浓度的工作面大于在两端的一角,而应力集中的上角大于较低的角落(地形在高于上部角落角落越低,表明埋深越大,应力集中程度越大)。总的来说,应力集中在工作区域大于前面的,后面的采空区,采空区上方的应力集中大于采空区下。
(一)
(b)
该模型表明,最小主应力σ3原岩的分布沿X设在和高/低波动的影响特征西/东的表面形貌。原岩的最小主应力的模型是高在西部和东部低。煤炭身体出土后,最小主应力和应力集中值附近煤体工作面前方必然有所不同。背后的采空区工作面部分充满了采空区由于基本冒顶,和最小主应力恢复但仍显著低于原始值。不断进步的工作面,上面会出现应力集中现象在采空区煤壁和。基本顶断裂时,以上煤壁缓解应力集中现象,应力集中值和影响范围减少,周围的应力集中和采空区略有变化,如图7。考虑到上述现象,我们分析的最小主应力分布的变化特征模型是加压前后不同推进距离条件下,如下:(1)中的应力集中值的早期阶段煤层开采相对较低,约16.67%高于原岩应力。应力集中是由32 m时,应力集中的影响范围大约是75米的煤壁。进步的工作面,影响范围逐渐增加,但增长率降低后期:影响范围大约是100年前煤壁,这是五倍高8米的同一煤层工作面相邻煤层。与工作面连续推进,推进距离达到320米时,应力集中值降回2.75 MPa。(2)煤层开采后,采空区形成,迅速缓解压力,压力是消除。连续下降的屋顶,屋顶的基本倾向,和沉降采空区再次填满。直接屈服屋顶充满了采空区和基本的屋顶。在这个时候,重新出现的压力。进步的工作面,压力是逐渐恢复的工作面采空区的方向的方向。96米的单位压力时,采空区背后的压力在40米区域逐渐开始复苏。此时,最小主应力约为0.25 MPa,大约20%的最初的原岩应力。椭圆的压力恢复值降低周围的辐射中间的充填采空区的面积。倾斜的方向是椭圆的长轴,和方向是短轴。当工作面推到256米,采空区的应力恢复值达到0.75 MPa和恢复大约60%的初始值。 With the advancement of the working face to the 320 m stress recovery area, the recovery value of the working face remains unchanged.(3)比较前后的应力分布基本顶断裂在不同推进距离,我们发现基本顶断裂后,煤壁附近的应力集中值及其影响范围明显减少。弱化效应的基本顶断裂应力集中在煤壁后尤其突出推动距离达到160米。基本顶断裂疲软影响采空区的应力集中两边的压实和促进中产和后方采空区。
(一)
(b)
总之,工作面不断推进,一个明显的应力集中出现在煤壁前方;然而,煤壁的应力集中程度被削弱后,广场见,和基本打破缓解应力集中在煤壁前方。
3.1.2。矿山压力的演化特征
在12401年工作面的进展,采空区上方的上覆岩层重力转移到周围的固体煤,从而增加固体煤的最大和最小主应力。在最初的开采阶段,最大和最小主应力的浓度很低。与工作面推进距离的增加,最大和最小主应力的浓度逐渐增加。工作面推到200米,最大和最小主应力的浓度变得稳定。与工作面推进距离的增加,最大和最小主应力的脸背后的采空区逐渐恢复。开采范围更广泛的、更完整的上覆岩层运动和恢复程度越高的最大和最小主应力的采空区。当工作面推到300米,最大主应力恢复到2.8 MPa,大约66%的原岩应力值,和最小主应力恢复到0.8 MPa,大约50%的原岩应力值。
通过分析最大和最小主应力的演变特征,可以得出结论,浓度和梯度最大主应力的固体煤工作面明显大于前面的最小主应力,最大主应力的复苏程度在背后的采空区工作面也大于最小主应力。点之间的距离最大峰值应力和煤壁明显小于点之间的距离最小峰值应力前煤壁,这表明一个更广泛的分配范围的最小主应力由于采矿。此外,基本顶断裂对矿业应力集中产生重大影响。基本顶断裂后的高峰值最大和最小主应力突然降低。这表明暴力运动的表土原因矿业的突然释放压力在工作面前。
3.2。上覆岩层运动特征
图8显示了上覆岩层运动的特点12401工作面推进过程中。垂直位移云映射提供了上覆岩层的图打开的洞前进320米。煤层开采,当工作面推(图32米8(一个)),截止的屋顶孔有明显的垂直位移,达到2.10米。当工作面推到64米,屋顶塌陷可以达到4.00米,工作面基本顶坏了,和屋顶的垂直位移增加速度高。当工作面推到96米,屋顶塌陷可以达到4.50米,趋于稳定,逐步发展到表面。当工作面推到128米,第二次循环的基本顶压力,屋顶跨度下降高度明显增加,表面的沉降面积扩大,屋顶沉降趋于稳定到5.50。当工作面推到192米,屋顶的最大沉降逐渐延伸到地表,地表的沉降面积明显扩大,和屋顶的沉降趋于稳定,至5.50人。随着工作面推进到320米(图8 (b)),表面出现沉陷盆地的沉降达到4.40 m和沉降的顶板工作面达到6.0米。(图9)。
(一)
(b)
3.3。上覆岩层崩落的特点
图10显示了上覆岩层的特点在推进过程中屈服的12401工作面:当工作面推进到32米,基本的屋顶是第一次要求。由于狭窄的开采范围,表土干扰程度较低,和上覆岩层崩落范围窄,只包括直接的屋顶,基本的屋顶,和少量的后续地层之上,屈服的高度大约是15米。当工作面推进距离的64米和96米之间,屋顶坠落范围不变横向纵向方向,只有扩大工作面推进方向。这是由于基本的屋顶是第一关键层控制上覆岩层运动。在这个阶段,第二个注册表子项层以上基本仍未损坏的屋顶,和第二个注册表子项层控制岩石上面,确保上部地层不崩溃。因此,坍塌范围在这个阶段不会改变纵向方向,和倒塌的表土只是基本的屋顶和上部地层,以下地层之间的第二个注册表子项地层。当工作面推进到128米时,第二个注册表子项层表土坏了,上覆岩层崩落范围显示了一个增加的趋势在纵向方向,和屈服的高度增加到43米。此后,表土屈服,由于破碎和肿胀现象,完全填充采空区,支持更高的地层。崩溃的表土不再变化。运动的更高的地层,倒塌的煤矸石逐渐压实,导致采空区的应力恢复现象。
(一)
(b)
4所示。领域工程行为和上覆岩层压力移民法律
4.1。分析矿山压力显现特征
以下4.4.1。屋顶压力特征的权重
在开采初期,在12401工作面推明挖,屋顶逐渐崩溃。直接冒顶后采空区完成,开采高度维持在6.5 - -7.0米的范围,与支承压力达到最大射程490 - 510条,超过安全阀的开幕式值47.2 MPa。从分析,第一轮的权重推进的长度在12401工作面45米(不包括削减的宽度11.4米),和加权持续5.6米。图11支持显示阻力分布的主要压力。
4.1.2。的周期性加权
工作面推进速度的相关权重的步骤。推进速度低,加权一步是短,和增加权重的步骤加快项目的推进过程;每个权重有明显的加权和nonweighting局限性,nonweighting一般不超过300条。当推进距离范围130 - 300 m,工作面加权一步距离“两个小的和一个大的规则。“两个小距离加权一步是大约15米,第二大距离加权一步是小,一般8 - 11米,最小的一个是5米。权重的强度也有同样的规则。两个强大的权重的步骤和一个一般的加权一步与严重的剥落,和梁端的距离很大。步平均距离是16.4米。
推进300 - 634米的距离时,工作面也遵循规则的大型和小型一步距离的加权一步距离。大一步距离的范围主要是17-24 m,小步距离是9到12米,交替发生。连续长时间步主要是2 - 4(1个人),和每个小步骤是1。也有抗压强度的差异。高强度的周期性加权一般持续很长一段时间,和权重范围是30 - 110条。权重集中,压力在大多数地区范围从400到500条。当权重,煤矸石在工作面漏,屋顶是很难维护。级较低的压力通常分为两个部分:一个部分在头30 - 60条,另一部分是75 - 95条尾巴。压力级不高,主要是在300 - 350的范围吧,一步是16.4米,平均压力。
的周期性加权一步距离8米12511工作面开采高度同一煤层附近的范围7.2 - -16.8米,平均10.7米(29日]。与12401工作面相比,周期性加权平均增加约1.4米。
4.2。发展特点的三个表土区
测量和分析“三个区”的发展高度在12401工作面和上覆岩层崩落的特点,建立了钻孔sd1在1850工作面推进方向。钻井深度是187米,煤层的埋藏深度是167米。九个锚位移米安装监控的连续解决屋顶在不同的深度。安装深度是41,57岁,68,79,96,115,124,133,141。相应的高度从煤层是126年,110年,99年,88年,71年,52岁,43岁,34岁和26米。图12显示了安装的位置。
测量结果的基础上覆岩“three-zone”发展的特点通过钻孔多点位移计,它可以得出结论,发展高度的屈服区12401工作面48米,开采高度的5.45倍,和发展断裂带的高度是108米,它是开采高度的12.27倍。工作面推进时期,上覆岩层岩石的屈服和断裂区只存在于基岩薄,和弯曲下沉带的变化与基岩厚度的变化。数据13和14显示地表沉降曲线。
5。液压支架工作阻力的确定
5.1。支持强度计算
基于上述法律的上覆地层运动和演化与超大型采高综采工作面,当工作面浅、薄基岩进步迅速,有两种失稳形式的关键层的破岩块基于不同屋顶控制距离。当顶部控制距离很大,关键块失去稳定的形式自由落下的身体,直接影响工作面的支持。在滑动过程中岩石的块,前面和rear-hinged表面可以被认为是在滚动摩擦。因此,所做的功摩擦力可以忽略。假设直接屋顶是一个弹性体,损失的热量和声能被忽略在冲击过程中,岩石的块“A”是完全按直接顶,当速度变为0了,它的引力增加。根据机械能守恒的原则,
根据胡克定律,压力的影响Fd可以使用以下公式:
当关键块的重力”“屋顶上的直接行为形式的静态力,直接顶板的变形可以使用以下公式:
动载荷系数增加而增加的分离。因此,应保持足够的初始支持力量防止直接屋顶之间的分离和基本的屋顶。分离是0时,动载荷系数等于2。图15显示了动载荷系数的变化趋势与分离的数量基本屋顶和直接的屋顶。事实上,直接顶并非理想弹性体。关键块岩石采取行动时,直接屋顶发生塑性变形,和缓冲岩石的动载荷系数块,也就是说,影响压力支持,在1和2之间。可以选择一个合理的动载荷系数的基础上,厚度和机械性能的工作面。
如果屋顶控制距离很小,关键块容易旋转不稳定。基于上述分析,当岩石块旋转期待影响煤矸石在采空区、动态负载支持的影响并不明显。因此,基于岩石时的不稳定块向后旋转,计算的工作阻力的支持有利于采场的安全生产。图16显示了关键块的几何关系进行反向旋转不稳定。岩石的块“a”绕着煤矸石接触点o .旋转到水平位置,重心的位移岩石的块在垂直方向的基础上可以获得以下几何关系:
转到水平位置后,前面铰链的最大沉降点的关键块可以表示为
代表上述与和 ,我们有
结果如下:
从方程(10),我们发现由于系数n是< 1,如果之间有一个分离层直接屋顶和基本的屋顶,动载荷系数迅速增加。如果△h= 0,动载荷系数仅仅是相关的n,n随旋转角度的增加而减小θ2,在图所示的曲线17;然而,的值的变化范围n转向角是狭窄的。为了确保工作面安全,关键块出现的时候,有一个角。当公式是不稳定的价值n可以统一选为0.6。
5.1.1。计算高度的支持
的最大高度的计算支持所示
因此,赫兹马克斯≥8600 + 200 = 8800毫米。
计算的最小高度支持
因此,赫兹最小值50 = 6500−200−−100 = 6150毫米。
总之,选择支持高度在4.0 - -8.8米的范围,满足最大和最小支持需求。
5.1.2中。计算高度的支持
支持的最大高度可以使用计算
因此,赫兹马克斯≥8600 + 200 = 8800毫米。
支持的最低身高可以使用计算
因此,赫兹最小值50 = 6500−200−−100 = 6150毫米。
总之,选择支持高度在4.0 - -8.8米的范围,满足最大和最小支持需求。
5.1.3。计算的支持力量
两个经验公式用于计算的最大价值。
公式1:
因此,P= 9.81hrk= 9.81×8.6×2.5×7 = 1476.40 (kN / m2)= 1.47 MPa。
公式2:
屋顶的动载荷系数Kd被认为是1.3。
因此,一个,P≥9.8×8.6×2.5×1.3×1.2×cos3°/ 1000 (1.25 - 1) = 1.31 MPa,b,P≥9.8×8.6×2.5×1.75×cos3°/ 1000 (1.25 - 1) = 1.47 MPa。
根据经验公式,使用两种计算方法获得的最大的支持力量是1.47 MPa;因此,支持工作面液压支架的强度不应低于1.47 MPa。
5.2。长度的影响工作面液压支架阻力
工作面支架的适应性和采场安全是重要因素倾斜工作面长度的选择。合理倾斜长度应该减少采场的等级阶层行为的强度在一定的开采技术条件,即。,实现低阻力和短时间权重。骨折后在基本的屋顶,由于支持条件的变化,其旋转角度迅速增加。如果工作面长度是小和周边简支的承载力基本大于顶板岩层的断裂层,中间断裂线的基本屋顶将落后于周边断裂线在一定时间,如图18(a)。在这个时候,由于周围的煤柱和煤炭的支持身体,只支持熊变形。结果表明,负载,工作阻力,和收缩活动列很低,而且没有按帧现象由于小自由行程。屋顶上的后续加载层的厚度增加而增加,工作面长度。如果倾斜工作面长度增加,基本顶的承载力将低于负载后的后续地层断裂在基本的屋顶。在这种情况下,第二个骨折发生很快,将会有一个中间断裂线,与工作面开始出版社,如图18(b),在中间断层线的早期阶段,岩石破碎块的旋转角度很小,可以支持下保持平衡。熊的严重性直接支持屋顶,屋顶的基本的一部分,和后续的地层。进步的工作面,失去了稳定的平衡结构。基本顶断裂岩石块的重力和后续地层法案的支持,和支持改变从“变形”工作状态到工作状态”给定负荷的工况下,”及其阻力迅速增加。如果工作面太长,如果中间断裂线基本的屋顶和周围骨折线同时出现,破碎岩石的块的旋转时间的基本屋顶就足够了,沉降将大,工作面的支持永远是在高工作阻力,和连续压力的距离工作面将是巨大的。在一个典型的薄基岩采场,当基本的屋顶是在压力下,基岩展品全层骨折,没有泄压现象第一次骨折后在基本的屋顶。因此,采场周围的骨折线和中间断裂线同时发生,屋顶和基本运动是暴力,这也是高震级的地面压力的原因和明显的影响的动态负载在典型的浅斯特普的支持。总之,浅煤层开采的工作面长度的动态负载等于简单支撑屋顶的极限承载力是最合理的。
工作面推进过程中,有一个高的拱形支承面积上覆岩层压力水平,即应力壳。工作面是这个结构的掩护下,和支持只熊的一部分外壳破碎岩石的重量;因此,工作阻力高,围岩的控制效果很好。额定工作阻力的12401工作面支持26000 kN (1.71 - -1.83 MPa)和最大的支持力量是2 MPa。三个数值模型建立的基础上的屋顶和地板层的特点12401工作面。工作面长度是240、300和360。图19显示了数值计算的结果。
(一)
(b)
(c)
240工作面时,有一个相对完整的应力壳层。因为滑动和屋顶的支持也在下降l1范围内,围岩控制效果差,导致应力壳的狭窄范围的消失。然而,支持整个工作面熊一个统一的压力,负载在0 - 1 MPa的范围。当工作面是300米长,顶板基岩断裂发生在l2在中间部分,压力高。负载两端低,和中间的负荷高;然而,负载值的范围仍在0.8 - -1.6 MPa。因此,300米长的工作面额定工作阻力26000 kN的支持可以实现安全开采。当工作面是360米长,不再有一个拱覆岩应力支承面积,基岩破碎的作为一个整体,和压力的保护壳。负载的增加,工作面支持2.5 MPa,大于额定支持力量所选的支持,和工作面安全不能保证。总之,是合理选择一个倾斜长度300米的12401工作面。
6。结论
通过比较和分析相似模拟实验的结果,数值模拟,和实地测量,我们可以得出结论,仿真实验和数值模拟计算的结果是可靠的。我们获得了高度的上覆岩层崩落区,断裂带,弯曲下沉带和确定上覆岩层位移场的分布特征在12401工作面推进过程中。我们的结果可以提供一个参考的支持选择super-large-mining-height完全机械化开采的面孔。得出的结论结果如下:(1)工作面压力行为的特点,在8.8米超高矿业面临如下。(1)与8 m在同一煤层工作面相邻矿山、初始加权一步是增加了7米,平均周期加权一步是缩短1.4米,和加权行为更为严重。(2)降低工作面推进速度,权重越短的一步。为推进过程加速,增加权重的一步。每个权重加权和nonweighting限制与明显。然而,由于较大的采场空间,推进速度越高,风险越高的屋顶灾难。(3)在最初的工作面推进过程中,矿山压力行为的主要特点是频繁的煤壁的破坏。(2)从上覆岩层移动和地表沉陷的进化特征的进步8.8超高工作面,可以得出以下结论。(1)大型工作面附近的骨折与井下压力密切相关。周期性的压力发生在工作面时,表面会有小骨折。(2)“三个区”的发展是屈服区高度为48米,开采高度的5.45倍,裂隙带的高度是108米,它是开采高度的12.27倍。在工作面推进的,只有屈服和裂隙区表土的薄基岩,弯曲下沉带变化与基岩厚度的变化。(3)通过理论计算和数值模拟,得出的支持强度在8.8超高工作面液压支架不应小于1.47 MPa。
命名法
| 问1: | 直接顶和负载层的重力(kN) |
| △h: | 直接顶之间的分离量和基本顶块(m) |
| △d: | 变形的直接顶(m) |
| Fd: | 冲击力直接顶(kN) |
| E: | 弹性模量的直接顶(GPa) |
| l年代: | 高级控制距离(米) |
| △圣: | 直接顶在静力变形(m) |
| Kd: | 动载荷系数的关键块”“自由落下的不稳定 |
| 赫兹马克斯: | 最大支持高度煤层(毫米) |
| 米马克斯: | 最大开采高度完全机械化的脸(毫米),8600毫米 |
| 年代1: | 首先崩溃的假顶的最大厚度(毫米),200毫米 |
| 赫兹最小值: | 最低支持高度的煤层(毫米) |
| 米最小值: | 最低开采完全机械化的脸(毫米),高度6500毫米 |
| 年代2: | 屋顶塌陷(毫米),200毫米 |
| : | 浮脉厚度下的顶梁和底座上(毫米),50毫米 |
| e: | 收缩量的支持在移动(毫米),100毫米 |
| P: | 合理的支持强度完全机械化的脸(kN / m2) |
| h: | 开采高度(m), 8.6 |
| r: | 重力顶板岩石的密度(t / m3),2.5吨/米3 |
| k: | 上覆地层的厚度比开采高度的支持应该支持完全机械化的脸一般在4 - 8的范围。当开采煤层厚、屋顶条件差和周期性加权是显而易见的,多个选择。基于相邻的矿业形势完全机械化的脸,选择7 |
| 一个: | 煤层倾角(°),3° |
| B: | 额外的阻力系数,1.2 |
| n: | 不平衡的安全系数1.75 |
| K: | 板岩破碎系数和肿胀,1.25。 |
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究得到了国家重点研究发展计划(批准号2017 yfc0804310)和中国博士后科学基金会(2020 m680490)。