特厚煤層綜放開采堅(jiān)硬頂板破斷失穩(wěn)規(guī)律.pdf

1、以往在研究堅(jiān)硬頂板破斷失穩(wěn)規(guī)律時采用的是“梁理論”，該理論對于薄層堅(jiān)硬頂板破斷步距的計(jì)算精度較高，但是對于厚層堅(jiān)硬頂板破斷步距的計(jì)算存在較大誤差；且堅(jiān)硬頂板的變形將導(dǎo)致上覆巖層裂隙場與應(yīng)力場的改變，但以往也并未對頂板的變形與采動裂隙場、應(yīng)力場之間的關(guān)系展開系統(tǒng)研究。
　　因此本論文對同煤集團(tuán)塔山礦8212工作面不同厚度堅(jiān)硬頂板進(jìn)行研究，采用相關(guān)理論，得到厚度差異顯著的堅(jiān)硬頂板的破斷步距，解釋巖體垮落大小來壓現(xiàn)象。通過相似模擬實(shí)驗(yàn)得

2、到煤壁支承壓力峰值、覆巖裂隙隨堅(jiān)硬直接頂變形撓度的變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)得到堅(jiān)硬頂板在周期破斷時應(yīng)力場、塑性區(qū)的演化規(guī)律。從而為類似堅(jiān)硬頂板下強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)與采場失穩(wěn)規(guī)律提供理論支撐。主要研究成果如下：
　?、龠\(yùn)用關(guān)鍵層理論、Vlasov厚板理論及薄板理論推導(dǎo)出厚、薄堅(jiān)硬頂板發(fā)生破斷的判別式。通過判別式計(jì)算出該工作面直接頂破斷步距為35.8m，基本頂破斷步距為69.4m。直接頂首次破斷時，形成小來壓；當(dāng)直接頂再次破斷時將與基本頂同

3、步破斷，影響范圍及強(qiáng)度均較大，形成大來壓。理論計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)一致。
　?、谕ㄟ^相似模擬實(shí)驗(yàn)得到堅(jiān)硬頂板破斷結(jié)構(gòu)特征。即在20m厚的堅(jiān)硬基本頂破斷前，整體上采場頂板結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在20m厚的堅(jiān)硬基本頂破斷后，采場頂板結(jié)構(gòu)開始發(fā)生大范圍的失穩(wěn)。采動裂隙大致形成“O”形圈，采動裂隙發(fā)育高度在91m左右。前后垮落角均在60°~70°之間。
　　③通過相似模擬實(shí)驗(yàn)得到支承壓力峰值、采動裂隙分形維數(shù)與堅(jiān)硬頂板變形撓度之間的關(guān)系。即堅(jiān)

4、硬直接頂變形所對應(yīng)的支承壓力峰值變化與裂隙分形維數(shù)變化具有階段性，前者呈現(xiàn)出“前快，中慢，后穩(wěn)”趨勢；后者呈現(xiàn)出“前慢，后快，再慢”趨勢，并且在堅(jiān)硬直接頂每次破斷時，裂隙分形維數(shù)的增加具有突變性。
　?、芡ㄟ^數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)得到堅(jiān)硬頂板周期破斷時采動應(yīng)力場與塑性區(qū)的演化規(guī)律。即布置在不同層位的支承壓力測線形狀逐漸由直線變?yōu)殚_口向上的拋物線，且隨著工作面推進(jìn)距離的增大，拋物線的開口形狀變大。當(dāng)拋物線開口變化趨于平緩時，采場達(dá)到充分采動。