特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板冒落研究

作者:黄昌富;田书广; 刊名:煤炭技术 上传者:任丽丽

【摘要】为了进一步减少由于煤矿开采而引发的冒顶安全事故,对煤矿开采过程中顶板的稳定性进行分析,建立了基于突变理论的特厚急倾斜煤层水平分段开采条件下采空区顶板稳定性分析模型.最后结合具体案例对模型进行了分析和验证,并求出顶板的压缩弹性能,得到顶板冒落破坏计算结果与现场实际情况相吻合,说明模型适用于采空区顶板稳定性的分析.

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第 36卷第 O7期 2017年 07月 煤 炭 技 术 Coal Technology V01.36No.07 Ju1.2017 doi:lO.13301/j.cnki.ct.2017.07.003 特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板冒落研究半 性分析 ,为研究特厚急倾斜煤层采空 区顶板 的冒落 变量 、 的尖点突变模型势能方程的标准形式 提供 一个 新 的思路 。 ( ) --X44. +c (1) 1 突 变模 型基 础理 论 . , 。 (3)相 空 间是 一个 由状态 变量 和控制 变量 。 二_. 孳 另 、 的三维空间。势函数 的临界点是方程 跫 定 霉 性理篓 一 “ V 、 ⋯ x V(x) ⋯ = O 的 - , 竺 要 誊 : 式( )的一 毒 : ⋯ 一⋯⋯ 一 步完善和改进 , 现 已成 为研 究 系 统 的状 态 随 外界 控 一 一 一 ⋯ ⋯ ’”。 喜 善 羹 。 在相空间V中'( , x 尖 )= 点 4x 突 3+ 变 2ux 模 +v 型 = O 平衡曲面的几 应用的关键在于如何将所研究的问题转化为合适 伍 。工 。‘。 又伏 。劂叫 Thom指 出,发生在一维 、三维空 间的 4个因子 (u, , )上所有点被称为势 函数 V的平衡点。奇异 $国家自然科学基金资助项N(51 174014) A=8u +27v (4) — — — — Vo1.36 N0.07 特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板 冒落研究——黄昌富 。等 第 36卷第 07期 耋j 压缩 .压缩等效刚度记为 。 2-2 采 空 区顶板 结构 失稳 的 尖点 突 变模 型 基于上述尖点突变模型和采空 区顶板结构力 学模 型 .由弹性力学可知 .图 3中所示结构 系统 的 总势 能 (戈)由拱 杆压 缩应 变能 、水平 弹簧 压 缩应 变能 以及荷载势能的改变 组成 ,即 ( )= I+I,。+I, (5) 拱杆 的压缩 应 变能 顶板 蚕童薹l 三三 三 一 顶板 l= 1(△f) (6) 式 中 厂一 拱杆 的线 刚度 ,kl=EA/l; △f— —杆 的纯 压缩 量 ,A/=O.513 in: 卜 顶板岩梁弹性横量 ,E=35 GPa; A——岩梁横截面,A:8 mz。 支承弹簧的压缩应变能 : }(华 Alc0s ) (7) 式中 一 支承弹簧的线刚度。 其 中 .在数值上等于 自重与上覆均布荷载 q 所作 的功之和 .即 Vt=-W (8) 将式(6)、式(7)、式(8)代入式 (5),经过化简后 可得 (1一c 音(}一sec oo)3} 1 =L2(yg~h+q)[音 (}一。 ÷ ’ 式中 一 重力加速度 ,rigs ; r 采空区顶板平均容重,kN/m3; — — 顶板 厚度 .nl。 将式(9)中 it.g)代人式(4)即可求得 △值 ,并以 此值来判断顶板岩体的稳定性 3 实例验 证 新疆乌鲁木齐六道湾煤矿为特厚急倾 斜煤层 . 煤层厚度为 50 Ill左右.对于北大槽 750 in开采水平 第 36卷第 07期 特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板冒落研究——黄昌富 .等 Vo1.36No.07 合 同段采空区专项勘察报告 .该煤矿北大槽采空区 顶板的平均容重 T=24.8 kN/m3:顶板岩梁的总长度 40 m,顶 板厚 度 h-8 m。顶板 弹性 模 量 E=35 GPa.岩 梁上覆卵石填土层厚 hi=7 m.平均密度 T1=1.72~103 kg/m3 计算得到上覆岩层对顶板岩梁产生 的荷载 q=--hly1=7x1.72x10

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