堅硬頂板大采場圍巖控制技術(shù)研究.pdf

1、在煤礦開采過程中，煤層上的堅硬頂板是造成煤礦事故的主要災(zāi)害之一。堅硬頂板會導(dǎo)致懸頂面積很大，突然冒落帶來的沖擊動壓對井下設(shè)備和工作人員造成危害，給煤礦安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。本文以15202工作面為工程背景，在詳細(xì)分析和總結(jié)前人已有研究成果的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)場實測、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，研究了大采高開采的采場礦壓特征。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過針對大采高堅硬頂板所建立的“梁”和“板”力學(xué)模型進(jìn)行分析比較，確定關(guān)嶺山煤

2、業(yè)15＃煤層采用“梁”的力學(xué)模型進(jìn)行計算。⑵通過力學(xué)分析建立了兩端固支梁力學(xué)模型，在“梁”的力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，并在考慮了煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)非均勻性的情況下，計算得到了頂板初次來壓步距為41.81m;建立了懸臂梁力學(xué)模型，在“梁”的力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，并在考慮了煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)非均勻性的情況下，計算得到了頂板周期來壓步距為19.47m。⑶對堅硬頂板覆巖破斷規(guī)律進(jìn)行力學(xué)分析，分析表明:大塊度的作為直接頂關(guān)鍵層的堅硬頂板在破斷后并不是整體作用

3、在支架上的。由于其長度通常較大，重心通常位于支架后方，導(dǎo)致破斷巖塊發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動。破斷巖塊的回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)致其與前次破斷的、垮落在采空區(qū)的巖塊形成咬合，咬合形成了巖塊間的摩擦阻力降低了支架實際所需承擔(dān)的載荷。⑷力學(xué)分析表明，對于堅硬頂板大采高采場，除了直接頂層位存在“關(guān)鍵層”外，在直接頂上覆巖層中存在堅硬的巖層，即“主關(guān)鍵層”。該巖層破斷后能夠形成結(jié)構(gòu)，對其上覆巖層進(jìn)行控制。力學(xué)計算可得，在考慮備用系數(shù)的情況下每延米阻力為RH=4821.4K

4、N/m，每架支架支架載荷為8437.44KN。⑸數(shù)值模擬可得頂板初次來壓步距為35.91m，周期來壓步距為15.86m，數(shù)值模擬結(jié)果與理論計算的周期來壓有一定的差距。分析可以看出，由于模擬軟件考慮了煤巖體非均勻性和實驗室測定煤巖體參數(shù)相對現(xiàn)場的差異導(dǎo)致模擬所得的破斷步距相對較小，但卻是合理的。⑹礦壓觀測結(jié)果表明支架載荷實測統(tǒng)計估算結(jié)果為8664.09KN～8715.37KN，綜采工作面選用的支架為ZZ8800/25/50，能夠滿足工作面

5、對頂板控制的要求。15202工作面支架的初撐力利用率較好，能夠滿足工作面對頂板的控制要求。工作面前方煤壁總體壓力較小，影響范圍較小，15202工作面順槽超前支護(hù)長度為20m，能夠滿足工作面安全生產(chǎn)的要求。初撐力均值在工作面中部最大，上部和下部次之，中上部和中下部最小。循環(huán)末阻力均值與時間加權(quán)平均工作阻力均值沿工作面變化趨勢相同，表現(xiàn)為工作面中部架阻力最大，兩側(cè)支架阻力向兩邊遞減。支架來壓時平均阻力、來壓時最大阻力、非來壓時平均阻力的均值