含硬夾矸薄煤層安全高效開采及懸頂控制研究.pdf

1、協(xié)莊煤礦13煤普遍賦存有石英砂巖夾矸，強行截割導(dǎo)致的反彈震動、截齒消耗及頻繁的更換維修問題尤為嚴(yán)重;而繁雜的松動爆破則制約了先進綜采效能的發(fā)揮。常規(guī)的采煤機械都要以昂貴的截齒消耗為代價才能強行截割，因此考慮利用礦山壓力破壞夾矸。
　　建立了支承壓力作用下的復(fù)合夾層煤壁結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，分析了煤層及夾矸的彈、塑性變形過程:在彈性變形階段，二者實際發(fā)生的應(yīng)變之比與彈性模量之比呈倒數(shù)關(guān)系;而在塑性變形階段，煤體受力變形不僅向夾矸繼續(xù)傳遞支承

2、壓力，還對夾矸產(chǎn)生了水平方向的附加拉應(yīng)力，進而降低了夾矸的圍壓，導(dǎo)致夾矸受到損傷、強度降低，從而促進夾矸向降圍壓破壞狀態(tài)發(fā)展。支承壓力對整個夾層煤壁的壓縮變形，同時伴隨著煤層對夾矸造成的的拉伸和降圍壓破壞效應(yīng)以及剪切作用，據(jù)此建立了夾矸發(fā)生三種破壞的力學(xué)表達(dá)式，并從力學(xué)函數(shù)關(guān)系可得:支承壓力的增加將會促進夾矸的拉伸、降圍壓、剪切破壞的形成與發(fā)展。
　　建立了煤壁前方的彈性地基梁結(jié)構(gòu)模型，得到了支架工作阻力與煤壁支承壓力的關(guān)系:煤壁

3、處的支承壓力隨著支架阻力的降低而增大。而這個過程的本質(zhì)是:支架在對覆巖運動的抵抗中做出讓步，可實現(xiàn)頂板彎曲下沉，而頂板彎沉則導(dǎo)致煤壁前方支承壓力的增大，因此合理降低支架阻力可以將支承壓力對煤壁的破壞效應(yīng)最大化。
　　由數(shù)值模擬可知，當(dāng)支架工作阻力采用2200kN時，夾矸的破壞深度能夠達(dá)到0.65m;而在現(xiàn)場聲波測試中，夾矸的實際破壞深度也在0.65m～0.75m之間，這個數(shù)值已經(jīng)超過了一個截深，此時煤機截割夾矸的難度得到了降低。<