山谷地形对压力的影响完全机械化工作面临浅煤层

文摘

覆岩中关键层运动的缺乏是至关重要的矿山压力完全机械化采煤的面孔。使用物理和数值模拟,21304年Daliuta和活鸡兔煤矿机械化开采面临1⁻²出现两次压架事故分析。结果表明,缺乏关键的上覆地层低煤层的开采是至关重要的,特别是对于一个关键层的上层部分的煤炭。当上部煤层的关键层不在,开采后形成一个稳定的砌体结构。很容易形成稳定的堆叠层煤层的底部。当发展中沟壑深地形,关键层的形成将是一个上层岩石断裂的影响影响,导致关键层的部分缺失。关键层时缺席,上坡的采矿工作面临和动态地层压力增加的概率与上覆岩层的工作面和矿业下坡的脸。面对我的压力发展规律相似,上下煤层开采的主要表现为“坡部分>山谷底部截面>后坡节。”

1。介绍

近年来,国内外专家和学者进行了大量的研究工作在岩层采动上覆岩层的运动规律和关键层的影响。院士钱Minggao提出“砌体梁”的机械假说通过深入研究与大量的生产实践相结合,这可以清楚地解释上的发生煤矿开采后上覆岩层断裂,每个断块之间的应力情况,并解释采场压力的外观(工作面内的1- - - - - -4]。基于理论的“砌体梁”,一些专家和学者提出了“岩层控制的关键层理论”后连续的研究。通过结合采场压力,过重的迁移规则,和地表沉陷,关键层理论更好的解释了上覆岩层断裂的迁移规律的影响下矿业(5- - - - - -9]。建平等人提出了一个“双曲线”模式,完全的上覆岩层的整体运动,并认为“双曲线”岩层的焦点位于主关键层的位置(10]。煤矿后,根据分工的上覆地层的“四区”,提出弯曲下沉带是主要运动变形的影响最关键层底部,和沉降的运动轨迹是一个椭圆的抛物面形状(11]。不同顶板岩性对关键层的运动有一定的影响。停止充填采矿法可以有效地减少关键层的运动,从而有效地控制地表沉陷变形(12]。此外,关键层理论也有助于表面生态修复。它可以预测地表沉陷和骨折通过关键层的运动规则和提前采取相应措施保护地表植被(13,14]。广泛研究了开放的基于完全机械化开采的煤矿开采面临复杂地形下创建异常压力分布。在低河谷地形,研究了岩体的各向异性,比如它的应力值(15),其应力集中主要是受到上层山谷的风景16- - - - - -18]。一些专家和学者发现19,20.),当浅煤层的埋深在100年和120之间,表面沟地貌的影响下,工作面矿压的直节似乎更强烈的下坡的部分。倾斜角的大小也显著影响开采的工作面21- - - - - -23]。较大的坡角对应一个薄基岩厚度,从而提高工作面[的动载荷系数24,25]。利用数值模拟软件研究复杂地形的影响在综采工作面采矿、得出结论,当沟坡角小于40°,采矿工作面不会引起边坡坍塌。然而,当边坡滑坡崩塌的危险存在在工作面开采后坡,坡变形相对较小(26,27]。同时,冲沟的深度也有一定的对围岩的应力分布的影响。现场监测表明,更深层次的沟壑对应较大的岩石压力损失的变化,特别是在山谷峰从山谷底部,以及更高的原岩应力(28,29日]。

广泛的研究在山谷地形变化的压力下工作表面岩石进行了。因为影响关键层上覆岩层应力分布的变化,以及浅埋煤层距离是接近表面,浅埋煤层开采下沟渠大大地受到表面形貌的影响,和浅埋煤层表面附近的山谷导致缺乏关键层,从而影响综采工作面的压力。对于上述问题,很少有相关研究成果。在此基础上,作者研究了关键层的损失的影响我的压力下峡谷地形。坚实的工程支持的研究提供一个参考安全开采完全机械化开采面临的特殊开采条件下。

自然环境活鸡兔煤矿近端是这样表面变成了沟地形。沟发展尤为典型的1⁻²煤炭的3号面板21304工作面(图1)及其相邻工作面。3号主沟运行整个面板,并从主沟到发射机分支,然后分成五个分支。最大的沟是69.9米,和角度是25°-40°的范围。1之间的空间⁻²煤层和上缝1⁻²7-30米,平均煤厚度4.6米,煤层倾角为0°6°,和覆盖深度是41 - 198 m。完整的工作面特点是一次性高背椅矿业。截至2008年5月,seam的顶部⁻²在3号面板都被开采。1的宽度⁻²在21304工作面煤层是240,和罢工的长度是3320.04米。采矿设备配备一个进口印度生物技术部液压支架的额定电阻8638 kN。这台机器是一个快乐7 ls6c希勒。在矿业21304综采工作面动态地层压力对两种情况是严重的,造成不同程度的损害到工作面。

根据工作面矿压观测数据和动态负载矿压现象的分析,可以得出结论:动态加载矿石压力主要发生在上部边坡部分和边坡顶部部分上部边坡部分,而在较低的斜坡段的下沟部分和直线部分nongully地形,生动的负载矿石通常是不容易获得的压力。上述结论也验证了矿石的观察结果工作面临的压力在不同地形区域,如表所示1。

21304工作面开采期间,有两个严重的动态加载。工作面煤壁部分的严重影响,有大面积的屋顶倒塌。工作面临更大的压力比以前被开采的工作面。第一次大面积的屋顶坍塌暴力发生工作面推到1875米的时候,和对其地貌特征的中间位置上斜坡的沟,压力数据支持的9874 - 1103 kN。影响煤壁中间的工作面35 - 80的支持是认真的。前部的支持达到2米,屋顶和大规模崩溃的范围39-59 m,屋顶的高度崩溃至少1米,最大高度是2米。列下的收缩中央支架通常超过180毫米。52号的收缩支持接近210毫米,和整个工作面安全阀的达到94%。表面观察的位置显示有明显裂纹的位置动态地层压力、沉降是最大化。最大沉降为1.1 m,裂缝宽度是0.2 - -1.1。 For the second time, a large area of roof collapse appeared when the working face was pushed to 1947 m. The upper geomorphologic feature was the top of the gully slope, and the pressure data of the support were in the range of 1245–1463 kN. The impact on the roofs of coal walls No. 44–70 in the middle of the working face was more serious than that of the support, and the top of the upper roof of the No. 57–60 frame was up to 2.4 m. The maximum downward contraction of the central support column was 440 mm. The crack width and length of the upper surface were evidently increased when compared with the first dynamic rock pressure. The maximum width was 4 m, the length was 19 m, and the maximum subsidence of the steps was 2.3 m. The surface is shown in Figures2和3。

两个动态负载压力的事件出现在21304工作面和两端相对较小,根据测量结果。工作面在开采边坡部分有一个加权平均间隔19.7米,和加权平均长度为1.4米。在底部部分矿业的加权平均间隔20.1米发生平均长度为1.2米。有压力在边坡开采部分的平均间隔18.9米的加权平均长度1.6米。因此,反压力斜坡采矿和边坡开采更多与平均间隔相比,平均长度是相对较小的工作面应力情况如图4。

2。方法论和分析关键层的不稳定的机制

2.1。关键层的识别

在这项研究中,关键层的1⁻²煤在3号面板识别主要是基于现有的钻孔柱状图的区域。同时,关键层是通过计算,判断,结果如图所示2(30.- - - - - -32]。根据现有的钻孔柱状图和ground-measured水平分析,主关键层在这方面通常是山谷上方的底部。因此,没有关键层上覆岩层的山谷底部(表2)。

基于关键层的分析3组1⁻²煤炭,得出的结论是,有两个关键层的上部1⁻²煤层在开采过程中,只有一个关键层之间的1⁻²煤炭和1⁻²上部煤层由于1⁻²煤层开采于2008年。关键层的上部煤层由于采矿。因此,只有一个关键层过程中剩余的1⁻²煤炭开采,这之间存在1⁻²煤层和seam的顶部⁻²煤炭、结构类型是一个关键层。

稳定的关键层的上部1⁻²煤炭取决于砌体梁结构的稳定性形成的关键层的破坏上部煤层开采后覆。如果关键层的1⁻²煤层开采后坏了,它可以形成一个挤压和相互摩擦力时岩石破碎块按顺序排列。因此,在一定条件下,它可以形成一个稳定的结构,semiarched外观相似的光束。如果上层煤上覆岩层的岩石向对方旋转,摩擦产生的挤压力量不足以支持形成一个稳定的砌体梁结构破损后上部煤层覆岩。由于的影响煤层覆岩结构低,不稳定和滑动现象容易出现开采后,可以直接导致综采工作面动态地层压力,造成大面积的屋顶倒塌。

2.2。机制所导致的不稳定的结构关键层上覆岩层

根据上述的分析情况,只有一个关键层之间的1⁻²煤层和1⁻²上部煤层开采上部煤层后完成。由于表面的影响地貌学的发展上面临的工作面,之间的关键层1⁻²煤炭和1⁻²上部煤层底部的沟失踪了。因此,岩石压力的出现在开采过程中采场塌方后两次导致大面积屋顶坍塌和煤壁剥落。相比水平截面初开采,采场压力一步距离相对较短,和压力影响范围增加。的不稳定条件的“因此”稳定分量砌体梁的假设计算,在滑动稳定性条件如下:

和旋转变形稳定条件如下。

在方程(1)和(2),h和h₁分别为结构层和负载地层厚度。δc地层的单向抗压强度,θ₁是旋转变形角,我(= h / l)的比例是岩石的块的长度,厚度和tgφ是岩体之间的摩擦系数,等于0.3。

根据这些计算,在采矿的过程1⁻²上部煤层,有两个关键的上覆地层。因此,一个稳定的砌体梁结构可以关键地层破碎后形成的。然而,当煤层1⁻²开采时,一个关键层和砌体梁结构可以形成稳定的关键层上部煤层破裂。因此,挖掘部分也可以形成一个相对稳定的砌体梁结构。在边坡开采阶段,因为前端的工作面推进方向和采矿时向山谷底部关键层被破坏,阻止扭转受到的水平压块。垂直的增加之间的摩擦块形成一个稳定的砌体梁结构。因此,采场压力归一化,没有屋顶发生崩溃。在这个阶段的斜率矿业,由于表面结构的影响和缺乏关键层,上层的岩体关键层破坏后产生大量旋转变形,导致块不稳定稳定砌体梁结构的1⁻²煤层。负载被转移到一个关键层在较低的部分,导致两个工作面动态岩石压力事件。块的旋转变形数据所示5和6。

2.3。模拟岩石的动态压力不稳定的关键层上覆岩层

2.3.1。设计,室内物理模拟

验证假说的动态滑动造成的地层压力的一个主要关键层1⁻²煤层、室内物理模拟的规模进行1:100。其中,容重土壤模型的相似比为0.71,压力相似比例是1:150年,推动矿业的时间是1:10。模型的主要参数土壤与246号钻孔的抽样结果,和物理力学参数表中列出3。

因为严重的压力出现两次的21304工作面开采阶段1⁻²煤层向斜率,这些实验,结合实际情况,模拟一个关键层的开采情况的上部1⁻²煤炭。所有的方案都采用了相同的模型参数。具体项目如下:程序、采矿模拟的损失和缺乏关键层的上部1⁻²上部煤层,计划二,使用postmining测试模型的计划,1⁻²上部煤层,煤层开采后覆岩破坏上部煤层的1⁻²煤层是模拟。实验室中使用的模型尺寸的长度是130厘米,70厘米高,两者之间的间距煤层间距是11厘米,30°,坡度角。表中列出的参数模型4。

根据相似模拟理论,主要的相似参数计算根据公式(3)- (5):(1)长度比例: 在方程(3),原型模型长度比。l_米是模型的广义长度(单位:米)。l_H原型是广义长度(米)。(2)应力比: 在方程(4),α_σ之间的应力比原型和模型。是应力模型(单位:MPa)。是原型应力(MPa)。煤和岩石的平均表观密度(单位:公斤/米³)。(3)时间比例: 在方程(5),α_t是时间比率。t_H是原型运动所需的时间。t_米是模型所需的时间。

基于上述相似性标准,根据模型试验的设计方案,设计长度比例是150和时间比例是12.25。

2.3.2。室内物理模拟分析

根据室内物理试验的分析结果,当开采达到80.3 m,如图7(一)和7 (c)当关键层上覆煤层的失踪,上部煤层被打破了。没有横块之间的压力,而垂直摩擦降低了。最后,关键层变得不稳定,滑块,导致动态地层压力现象的挖掘过程1⁻²上部煤层。在采矿过程中1⁻²的关键层煤层上部煤层似乎滑和失去稳定,和一个关键层的上部煤层煤层的结构特征,因为所有装运上煤层采取了较低的单一关键层后上部煤层的不稳定。因此,在开采的过程中,采场压力增加,导致工作面顶切现象。当上部煤层1⁻²开采(数据7 (b)和7 (d)),由于上层关键层的完整性,关键层破坏后的块在采矿过程中挤压在一起,从而形成了纵向摩擦力需要形成一个稳定的砌体梁结构。因此,负载在采空区煤炭身体的正面和背面,和负载下煤层的影响在很大程度上减少。因此,没有动态现象在开采过程中地层压力。总结了测试数据表5。

在一定条件下,同时发生的挤压形成相互摩擦可以形成类似的外观semiarch结构稳定。如果最后1⁻²煤层的上部地层岩石之间的摩擦所产生的相互旋转挤压不足以支持形成一个稳定的砌体梁结构的低煤层后停止。这是因为工作上的上部煤层的影响床结构不稳定,这被视为一个综采工作面产生的直接结果动态负载压力,导致大面积的屋顶倒塌。

因此,当工作面通过沟”后坡”,上覆岩层压力小,一步的距离比较大。然而,当工作面通过沟坡面前,“一步距离是相反的,压力和压强一步距离基本上是与理论分析一致。压力期间,上部的工作面进行拉伸断裂,和煤层上方的岩层切断液压支架的后方。更大的峰值和峰值之间的差异与工作表面上更明显的动态载荷。强动载荷矿压力集中在沟坡部分,和骨折发达垂直表面。在一般地形区域,支持稳定的工作状态,明显的平均压力没有改变,没有特别高或明显的动态承载的压力。当工作面后坡节的平均阻力支持至少和抵抗运动的支持迅速增加后穿越峡谷。因此,应采取相应措施减少动态负载矿压的影响。

2.4。数值模拟的动态压力不稳定的关键层上覆岩层

2.4.1。设计的数值模拟

数值模拟试验相似物理模拟测试,并设计了模拟采场压力的变化没有主关键层和缺乏主关键层上部边坡部分。模型长度、高度、坡脚沟,和深度的方案都是340年,105年,42岁和45°。水平煤层的开采进度是每次5米,坡脚的方向,和的支持强度两个煤地层是5米。的支持强度1⁻²上部煤层1 MPa,的支持强度1⁻²煤为1.5 MPa。

莫尔-库仑屈服准则的采用弹塑性本构模型的数值模拟研究:

在方程(6),最大主应力。是最小主应力。的凝聚力。内摩擦角。

计算模型图如图8。详细参数表中列出6。

硅谷地区设置为基准值0 m。在仿真方案中,基准面的高度是负面的基准面以下,每一层的脸平放在地上。明显的压力数值数据在山谷下坡的部分,以及槽和上坡段我的比较。索引采用测量动态加载岩石压力表现程度上很大的支持下的工作面周期性加权。这个指数占表面裂缝宽度、裂缝高度、和地面高度。莫尔-库仑屈服准则用于围岩失败。

2.4.2。数值模拟分析

1的工作面⁻²上部煤层沟地区。期间沟坡沟,面对压力,和正常压力下表现更小支持列下降,最大220毫米,地面工作台高度150毫米,最大裂缝宽度50 mm的最大值。工作面上方的主关键层块保持稳定。

当工作面先进240到山谷底,它面临着一个强大的、动态的负载压力。面对最大的支持下存在列下降为720毫米,最大地面一步高度670毫米和40毫米的裂缝宽度。主要原因是关键层破坏的主要部分,因为缺乏水平应力结构的稳定性较差,第二是增加边坡角和关键层上覆岩层载荷。因此,最后滑块不稳定很容易生成,导致工作面和动态压力。压力曲线如图9。

面临来自硅谷地区边坡和底部地形,岩石运动,和支架变形特征类似于煤层开采。开采煤层工作面的和推进的影响是有限的。关键层结构块仍然病情稳定,工作压力是正常的。在现实中,列下萎缩最多260毫米,最大高度为330毫米,裂缝宽度90毫米。

期间工作面是先进到上坡的山谷,一个动态负载发生在矿山压力和动态压力的位置再次面对,当开采煤层240米。面对最大的活列在1300毫米的下降,地上台阶高度是3350毫米,最大裂缝宽度是200毫米。断裂的主要原因是主要的关键层被认为是结构稳定性较差。滑动失稳可能再次产生的次生干扰的关键结构层2块表土,其中与滑动失稳也出现负载的增加,导致工作面生产生活列急剧收缩,和削减顶部围岩的动态负载压力。压力曲线如图10。

在1⁻²煤层工作面,斜率是推到220米,因为上层关键层的水平应力与最后一块。垂直摩擦来源之间的块是足够强大的支持上层,及其负荷导致动态负荷工作压力。液压支架列时间表收缩然后下0.5米,地上台式头是0.51米,表面裂缝宽度是0.11米。在1⁻²煤层工作面斜率将达到220米,上部煤层出现因为主关键层失稳经历了一个动态的负载压力的现象。因此,上部分的位置不稳定骨折块砌体梁结构和煤炭开采后上负载的关键层2导致关键层滑动一个强大和地下压力的动态现象,液压支架支柱收缩下1.2米,2.2米的地面下降,表面裂缝宽度为0.26米。

因此,根据研究结果,可以认为屋顶应力场变化与工作面开采期间地形的变化,具体反映在以下几个方面:在沟部分屋顶的垂直应力大于一般地形部分。

2.5。比较数值和物理模拟结果

当缺乏关键层没有有效的边坡开采,开采的影响后骨折块之间的旋转变形很小,侧块之间的力量更大,很容易形成一个稳定的砌体梁结构。砌体梁结构的稳定性形成上部煤层开采后,降低煤层开采并不是通常受到动载荷的压力的影响。然而,当有丢失的关键层边坡开采工作,稳定将指出在煤层开采后,工作面上部荷载逐渐增加。因此,很容易发生断块下滑的动态负载下沿工作面矿山压力开采后上煤负载。当斜率低煤层开采采场压力显示了一个增加的趋势,滑不稳定和动态负载产生的压力。相似模拟实验的结果是高度一致的数值模拟实验。

3所示。结论

采矿过程中浅埋煤层综采工作面,关键层起着重要的作用在控制上覆岩层的运动。通过分析两个强烈的压力1的条件⁻²煤矿21304综采工作面活鸡兔煤矿的决定,当主关键层在上部煤层开采后,存在一个稳定的砌体梁结构可以承受一定的负荷由于断块的破碎。下煤层开采时,一个好的砌体梁结构也可以形成在正常情况下,确保综采工作面在开采过程中不受岩石破裂的影响。

当主关键层丢失在上部煤层开采后,不容易形成一个稳定的砌体梁结构的小型断块之间的侧向力和更大的。下煤层开采时因为的上部煤层不形成一个稳定的砌体梁结构,上部地层开采后形成的载荷作用于煤层低的关键层。因此,当降低煤层的关键层不能承受上部荷载压力,工作面采场压力增加暴力与动态地层压力。

浅煤层的关键层是否显著影响表面沟地形,沟深时,关键层上煤层缺失的部分。当工作面边坡开采,煤层上的负载逐渐增加,达到一定临界值时,工作面动态地层压力的影响。上的负载煤层逐渐下降后坡时已被敌军布上了地雷。因此,它是不容易的后坡节影响动态地层压力。

山谷地形的影响,在浅埋煤层开采工作面压力似乎相对强劲。矿压规律分析表明,煤矿工作面临的压力法是相似的,主要表现为“坡部分>山谷底部截面>后坡节。”

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

这项工作是财务支持的中国煤炭技术&工程集团有限公司有限公司(2019 - 2 zd003)、中国博士后科学基金会(2020 m680490),国家重点研发项目(2017 yfc0804310)。

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