淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構及其運動規(guī)律.pdf

1、隨著東部煤炭資源逐漸匱乏，西部煤炭資源地區(qū)已逐漸成為我國主要產(chǎn)煤區(qū)域，由于西部礦區(qū)煤層埋深淺，基載比小，采場頂板礦壓顯現(xiàn)有其特殊規(guī)律，目前關于淺埋薄基巖厚松散層的頂板研究相對較多，而關于淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構及其運動規(guī)律研究相對甚少，并且弱膠結(jié)巖層在西部礦區(qū)也比較普遍，因此，確定淺埋弱膠結(jié)頂板破斷規(guī)律及其控制對西部淺埋煤層安全開采具有重要的研究意義和價值。
　　本文首先使用SEM掃描電鏡對東西部礦區(qū)相同巖性巖體細觀結(jié)構進行觀測，揭

2、示了東西部礦區(qū)相同巖性巖體細觀結(jié)構的不同；其次，利用UDEC數(shù)值模擬，考察了淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構及其運動規(guī)律，建立了淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構模型，推導了不同開采階段液壓支架工作阻力計算公式；最后，結(jié)合高家梁煤礦20107回采工作面的地質(zhì)及開采狀況，驗證本文提出的弱膠結(jié)頂板來壓期間液壓支架支護強度計算公式。
　　本文獲得的主要研究成果如下：
　?。?）通過SEM電鏡掃描技術對東西部礦區(qū)頂板巖層的泥巖和粗粒砂巖試樣的微觀掃描實驗

3、，對比分析東西部礦區(qū)相同巖性巖體細觀結(jié)構的不同，結(jié)果表明西部礦區(qū)的泥巖微觀顆粒松散絮狀堆積排列，東部礦區(qū)泥巖微觀結(jié)構則更整齊顆粒成鱗片狀，絲狀排列，結(jié)構相對致密；西部泥巖結(jié)構更易破斷黏結(jié)成結(jié)構；西部粗粒砂巖微觀顆粒呈蓬松羽絨狀，結(jié)構松散，東部礦區(qū)粗粒砂巖微觀顆粒棱角明顯，結(jié)構致密，西部礦區(qū)粗粒砂巖巖層更易破斷，但存在一定的膠結(jié)性。
　?。?）使用UDEC數(shù)值模擬軟件，對淺埋煤層不同開采階段上覆弱膠結(jié)頂板的破斷及運動規(guī)律進行了研究，

4、結(jié)果表明：隨著工作面開采，在弱膠結(jié)直接頂垮落過程中，上位部分巖層會重新膠結(jié)成“類基本頂”結(jié)構，“類基本頂”與其上中硬巖層構成的基本頂間形成離層；隨工作面繼續(xù)推進，基本頂斷裂后會產(chǎn)生動力沖擊，而“類基本頂”對該動力沖擊具有緩沖作用，減小了基本頂來壓時對支架動力沖擊。
　?。?）建立了淺埋弱膠結(jié)頂板破斷結(jié)構模型，并闡述了液壓支架初次來壓期間頂板巖層的三個運動階段，即直接頂垮落階段，“類基本頂”形成階段，基本頂動力沖擊階段，推導了各階段

5、液壓支架工作阻力計算公式分別為：
　　直接頂垮落階段支架工作阻力A mγ=zz(1+；) L k s L
　　γ“類基本頂”形成階段支架工作阻力2(1)s L M c P mγ=E Ezz++；L k K L T K
　　γ(1) L2γ基本頂動力沖擊階段支架工作阻力M c1 F m=++s E E+γhc g(1?sin2)2μθ。合zz L k K L T K
　　（4）通過理論分析，建立了周期來壓期間淺埋弱

6、膠結(jié)頂板破斷對液壓支架受力分析模型，得出了液壓支架工作阻力的計算公式：
　　=∑+G iγLtg(θ)γp h[2]和Y G A=+M C E22(M S L1 E A) k2
　?。?）通過對高家梁煤礦20107回采工作面進行液壓支架工作阻力觀測和鉆孔電視探測，得到了液壓支架在初次來壓期間三個階段的工作阻力區(qū)間以及上覆頂板弱膠結(jié)巖層層數(shù)和厚度，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)和開采資料計算得出了20107工作面弱膠結(jié)頂板來壓期間液壓支架支護強