深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞規(guī)律研究.pdf

1、隨著淺部資源的逐漸枯竭，深部開(kāi)采成為世界各國(guó)資源開(kāi)發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)。而深部開(kāi)采是一個(gè)復(fù)雜的課題，與淺部開(kāi)采有著明顯的區(qū)別，一些理論還未完善，特別是對(duì)深部條件下的仰斜開(kāi)采研究比較少，對(duì)深部仰采條件下工作面覆巖破壞規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不全面，不足以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。因此，對(duì)深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞規(guī)律的研究具有重要的意義。本文以開(kāi)灤集團(tuán)唐山礦為地質(zhì)背景，主要研究工作及結(jié)論有：
　　（1）對(duì)深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞機(jī)理進(jìn)行的研究，包括：針對(duì)

2、不同的開(kāi)采角度，分別分析了不同角度下的工作面覆巖變形破壞形式，得出當(dāng)所采煤層傾角較小時(shí)（12°以下），工作面覆巖的變形破壞形式可劃分為垮落帶，裂縫帶和彎曲帶，當(dāng)所采煤層傾角較大時(shí)，工作面覆巖的變形破壞形式可分為巖層的垮落、彎曲及沿層理面的滑移；建立基本頂初次來(lái)壓與周期來(lái)壓的力學(xué)模型，得出基本頂來(lái)壓時(shí)的破斷位置為上支承端上表面，計(jì)算出基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓與周期來(lái)壓步距分別為112.68m、35.4m；通過(guò)分析深部仰斜開(kāi)采工作面前上方煤巖受采動(dòng)

3、及沿煤層向下的層向分力的影響，得出工作面上方巖梁在工作面前方就有可能發(fā)生斷裂，出現(xiàn)超前裂隙。
　?。?）利用相似模擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同推進(jìn)距離下工作面覆巖的垮落形態(tài)、位移及應(yīng)力變化進(jìn)行分析，得出：①老頂?shù)某醮慰迓洳骄嗉s為120m，影響高度約為30m，周期垮落步距約為30m，影響高度約為45m。受沿煤層傾斜向下的層向分力的作用，老頂周期性垮落體的形狀呈平行四邊形，一對(duì)平行線與煤層傾斜方向一致，一對(duì)平行線與工作面的推進(jìn)方向形成一個(gè)鈍角，即

4、垮落體有沿煤層傾斜方向向采空區(qū)一側(cè)滑移的趨勢(shì)。②在仰采工作面推進(jìn)過(guò)程中，超前工作面30-90m位置會(huì)產(chǎn)生與工作面推進(jìn)方向成110°-130°的裂隙，裂隙的影響高度約為105-199m，裂隙的產(chǎn)生導(dǎo)致工作面覆巖的下沉量增大，裂隙附近的覆巖應(yīng)力發(fā)生突然釋放而減小。③在回采及超前裂隙的作用下上覆巖層的破壞影響范圍呈現(xiàn)出梯形演化規(guī)律。④在保護(hù)煤柱與工作面前方一定位置處會(huì)出現(xiàn)集中應(yīng)力，在老頂發(fā)生初次垮落時(shí)應(yīng)力集中現(xiàn)象最明顯，應(yīng)力值分別為33MPa

5、、29.9MPa，應(yīng)力集中系數(shù)分別為2.06、1.87。
　　（3）運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)不同推進(jìn)距離的工作面覆巖的垮落形態(tài)、位移與應(yīng)力變化情況進(jìn)行研究，得出：①老頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?15m，初次垮落影響高度約為25m。周期垮落步距為35m，周期垮落的影響高度約為40m?？迓浜蟮膸r體有向采空區(qū)滑移的趨勢(shì)。②工作面前方一定范圍煤巖與工作面后方保護(hù)煤柱會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，邊界保護(hù)煤柱一直處于應(yīng)力集中狀態(tài)。當(dāng)老頂初次垮落時(shí)應(yīng)力值達(dá)到最大，