放頂煤開采頂煤運移實測與損傷特性分析

1、知 數(shù)．’巖 石 力 學 與工 程 學報 訌 eJo sr na ~口 曲 M e c h ani c 8a nd 四 日l n e e似 ．v0． 1 5 Ⅳ D． 21 9 ' ： 3 6，一 放 頂煤開采頂煤運移 實測與損傷特性分析 ( 煤炭科學 北京 1 0 0 0 1 3 ) ( 中目礦業(yè)大學北京釬究空部 ． 2北京 1 0 0 0 8 3 )，由 提要 通過 分析 幾十 放 頂煤 工作 面頂 煤運 移 實澍 結果

2、 并結 合頂 煤破壞 與非破 壞的 概念， 認為頂煤運移特點和過程符合損傷力學基礎 ． 闡述 了建立頂煤連移損傷特性方程的原理和方法 ．并有 示倒 說 明 。關 鍵 詞 放 頂煤 開采 ． 暖煤 運移 規(guī)律 ． 損 傷理 論 1 引言 放 頂煤 開 采 是 煤 礦 開 采 厚 煤 層 時 ，在 煤 層 下 部布 置 工 作 面 ，利 用 地 壓 破煤 與 自重 落煤 將頂 煤放 出 、 運走 的一種新型工藝 。 這種工 藝在我 國厚

3、煤 層 中的 實踐 已有十余年 ， 表現(xiàn) 出 高產 、高效的優(yōu)越 性 ． 這 種采煤方法愈 來愈為現(xiàn)場接 受和歡迎 。當然 ． 放頂煤 開采 中一個 很敏感和值得探 八研 究的課題就是頂煤從煤壁前方 至放煤 口的運穆規(guī)律 ， 以及 在此基礎 上 研究頂煤 可放 性及頂板活動規(guī)律 。近幾 年來 ， 人們 圍繞這 一問題 ， 進 行 了廣泛的現(xiàn)場 實踐 、理論 研究 ， 取得 了一些有益結 論 。 分析 國 內外各家 的研 究成 果D， 大

4、都根據(jù) 頂煤 體從煤 壁 前 方至放煤 口的運 穆特 點將頂 煤體予 以分 區(qū) ， 定性描 述在 不同區(qū)域的變形 特征 ， 而未 用統(tǒng) 一 的理論來描 述頂煤 體從煤 壁前方至 放煤 口， 在 將近 1 5 m 左右范 圍 內的應 力一 應變本構 特 征。本文基 于多次 的現(xiàn)場實測結果并 結合放頂煤開采特點 ， 認 為頂煤體 隨采 場推進所顯 現(xiàn) 出的許多變 形特征 ， 符合 損傷力 學的力學基礎 ， 首 次利用損傷 力學理論 ． 提

5、出了建立頂 煤從煤壁前方 運移 至放煤 口的定量應力一應變本構關 系的方法 ， 將 頂煤體在運 移過程中 的變 形 特征、介質轉化特征 以及裂 隙發(fā) 育特征等 用宏觀等效損 傷的概 念予以描述 ， 使對頂煤 運穆規(guī)律 的研 究更為理性化 ． 為研 究頂板 活動規(guī)律、頂煤 冒放性 問題打 下 了基礎 。2 放 頂煤開采頂煤運移的現(xiàn)場實測與分析 2 ． 1 放】 賈 煤開采】 賈 煤位移實測 為 了研 究綜放工 作面頂煤運穆規(guī)律 ． 中國礦

6、業(yè)大 學北京 研究生 部先后 與現(xiàn)場合作 ， 在 陽泉一礦 8 6 0 3 、 米村 礦 1 5 0 1 1 、 1 5 0 5 1 工 作面進行 丁詳 細的頂煤位移實測 ， 下面是 幾個 礦的 實 測 結 果 。圖 1 是陽泉一礦的實測 曲線r， 其 回歸函數(shù)為 ：1 9 9 5 年 2 月 2 2日收到韌稿 · 1 9 9 5 年 5 月 2 0日收到恪破稿。1 9 9 5 年 9月 z 】習收到改定稿。期 第 ( 蘭

7、 )第 維普資訊 http://www.cqvip.com 第 1 5 卷 第 2期 閏 步宏等 ： 放頂煤 開采 頂煤 運移 實測 與摜傷 特性 分析 煤 而且位 移量也較大 。2 ． 2 放頂煤開采頂煤運移的 裂隙 實測 山西 礦業(yè) 學院靳鐘 銘教 授在潞安 王莊 4 3 0 9 綜放面進行 了頂煤 移動觀測 。地質條件 ： 煤 層傾角 =7 。 ； 煤層厚 度 7 ． 0 2 m； 煤層普 氏系數(shù) ，一1 ． 5 ～2 ． 5

8、 ； 直接頂為 砂質 頁巖 ， 厚 3 ． 0 3 m； 老頂為 中粒砂巖 。圖 4 是頂煤運 移過程 中裂 隙發(fā)育 的索描 圖 日期 ：62 1煤 壁 觀 測 日期 }62 2(：)圖 4 王莊礦 頂煤裂 隙發(fā) 育素描 圖Fi g + 4Sk e t c h e df ig u r eo ff i s s u r ed e v e l o p i n gf o rt o pc o a li nW a n g z h a n gCo l

9、 l i e r y大 同忻州窯礦 8 9 0 2 綜放面也進行 了頂煤位移實測 地質條件； 煤層傾角!； 煤層厚度 8 ． 0 1 m； 煤層普氏系數(shù) ，一2 ． 9 ' - ' 4 ． 4 ； 直接頂為灰色粉砂巖及砂質頁巖 ； 老頂為 中粒砂巖 。圖 5 至 圖 8 分男是頂煤水平位移、垂直位 移、 頂煤裂 隙統(tǒng)計 數(shù)據(jù) 和裂 隙方 向與鉛垂方 向之間夾角即裂 隙偏 轉角與距 工作 面位置 的變化 曲線 ?；?歸 實