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2020年第08期
2020-08-28
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浅埋煤层长壁工作面围岩动态结构及应力特征分析

  • 作者:

    任艳芳
  • 关键词:

    浅埋煤层
    岩层结构
    应力结构
    围岩应力场
  • 作者单位:

    天地科技股份有限公司 开采设计事业部
    煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 煤炭科学研究总院

摘要

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摘要:

地下煤层开采后的覆岩结构是覆岩破断和运移的结果,实质是煤层开采后围岩应力重新分布的表现。以浅埋深长壁工作面围岩应力结构为研究对象,利用数值模拟和理论分析方法,从煤层开采后围岩应力场分布规律入手,研究了围岩应力结构的形成与失稳过程,分析了覆岩受力情况。结果表明:浅埋工作面开采后的采场围岩中形成类椭球体的高应力区域,该应力承载结构随着工作面开采在沿工作面倾向、走向及垂直高度上不断发展变化,直至基岩层全部断裂后失稳破坏;初次失稳破坏后,该空间应力承载结构的后方支撑点会迁移至采空区压实矸石上,继续对工作面回采空间提供围岩应力的承载,其形成与失稳是受工作面回采影响的动态演化过程。基于此建立该空间应力结构沿工作面走向的承压拱力学模型,推导出其在覆岩中的形态参数方程和极限状态下的高度及跨距。根据极限承压拱迹线为各岩层弯矩为零的连接线,得到了承压拱迹线上任一位置处的力学状态。结合浅埋深煤层开采后基本顶及其基岩层周期性断裂特征的实践,认为承压拱结构的发展变化规律符合“悬臂梁-铰接岩梁”结构失稳特点,所得结论为浅埋深工作面顶板结构形式及其稳定性研究提供参考。

  • 承压拱迹线上的力学状态(初次失稳后)
  • 承压拱迹线上的力学状态(初次失稳前)
  • 承压拱力学模型
  • 采场覆岩结构的基础力学模型
  • 工作面推进120m承压拱再形成
  • 工作面推进100m覆岩状态
  • 工作面不同推进长度时承压拱形态演化
  • 工作面推进20m围岩中最大主应力矢量线分布
  • 数值模型
任艳芳.浅埋煤层长壁工作面围岩动态结构及应力特征分析[J].煤炭科学技术,2020,48(8):50-56.

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