張雙樓煤礦1.5Mta新井設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,張雙樓,煤礦,mta,設(shè)計,cad,圖紙,文檔
專題 關(guān)鍵層對采動應(yīng)力影響的研究
——不同關(guān)鍵層位置與厚度對采動應(yīng)力演化的數(shù)值模擬研究
摘要：根據(jù)工作面實(shí)際情況，運(yùn)用udec軟件建立工作面開采數(shù)值模擬模型，研究了不同關(guān)鍵層位置與厚度對工作面超前支承壓力與采空區(qū)后方垂直應(yīng)力演化的影響。結(jié)果表明，數(shù)值模擬得出關(guān)鍵層的影響與理論計算的結(jié)果基本一致，關(guān)鍵層與煤層垂距越大，工作面超前應(yīng)力峰值與應(yīng)力集中系數(shù)的增加越平緩；關(guān)鍵層厚度越大，工作面超前應(yīng)力峰值與應(yīng)力集中系數(shù)的增加越劇烈，可為采場巖層控制提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：關(guān)鍵層位置；關(guān)鍵層厚度；應(yīng)力演化；數(shù)值模擬
目前關(guān)于采場超前支承壓力的研究，國內(nèi)外不少專家學(xué)者提出了許多研究方法，并取得很多研究成果。開采后的上覆巖層所形成的結(jié)構(gòu)，由“煤壁-已冒落的矸石”支撐體系來支撐，只是在下位巖層中才可能由“煤壁-工作面支架-采空區(qū)已冒落矸石”支撐體系支撐。又由于上覆巖層的結(jié)構(gòu)大部分是半拱式的結(jié)構(gòu)，因此煤壁一端幾乎支承著回采工作面空間上方懸露巖層（指由于離層而導(dǎo)致懸露）的大部分重量[1]，工作面前方采場應(yīng)力進(jìn)行重新分布，形成“橫三區(qū)”( 卸壓區(qū)、
應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)）[2]。由德國學(xué)者v.海克和R.舊特采爾特及蘇聯(lián)學(xué)者F·許普魯特提出的壓力拱理論，較好的解釋了工作面圍巖支承壓力的存在，較好的說明了工作面支架上的壓力遠(yuǎn)小于上覆巖層重量的原因[3]。根據(jù) Winkler 假設(shè)，基礎(chǔ)的反力與地基的沉陷成正比。采場上覆巖層的撓曲下沉決定支承壓力的分布，利用帶狀載荷在半無限彈性體中傳播的彈性理論，便可求得復(fù)合關(guān)鍵層條件下工作面前方煤體支承壓力[4]。但以上研究大多是將上覆巖層簡化為均布載荷而進(jìn)行的研究，還很少有學(xué)者對不同關(guān)鍵層條件下的采場超前及采空區(qū)后方的支承壓力及應(yīng)力峰值位置進(jìn)行系統(tǒng)研究。筆者采用數(shù)值模擬的研究手段，對不同關(guān)鍵層位置及不同關(guān)鍵層厚度條件下的采場超前及采空區(qū)后方的支承壓力以及應(yīng)力峰值位置進(jìn)行了分析。
1.工作面概況
煤層厚度為3m，底板為軟巖，厚度為12m，關(guān)鍵層之下的煤層頂板為軟巖，上覆巖層總厚度為200m，煤體沿推進(jìn)方向的長度為600m。
2.模型建立
對工作面實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)簡化，運(yùn)用udec軟件進(jìn)行模擬分析，模擬不同關(guān)鍵層位置與厚度條件下隨著工作面推進(jìn)距離的增加，采空區(qū)后方垂直應(yīng)力及工作面前方超前應(yīng)力的演化情況。
模型概況：以煤體起始位置與煤層頂板的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，推進(jìn)方向?yàn)閤軸正向，垂直向上指向地表為y軸正向。
關(guān)鍵層與煤層的間距以6倍、8倍、10倍、12倍、15倍煤層厚度（即18m、24m、30m、36m、45m）進(jìn)行討論，此時關(guān)鍵層厚度為20m保持不變。關(guān)鍵層與煤層間距為6倍煤層厚度模型示意圖如圖2-1所示。
關(guān)鍵層厚度以4倍、6倍、8倍、10倍、12倍煤層厚度（即12m、18m、24m、30m、36m）進(jìn)行討論，此時關(guān)鍵層與煤層間距為15m保持不變。關(guān)鍵層厚度為4倍煤層厚度模型示意圖如圖2-2所示。
圍巖物理力學(xué)性質(zhì)參照實(shí)際巖體力學(xué)特性和參數(shù)確定。節(jié)理特性考慮采動影響，圍巖本構(gòu)關(guān)系采用摩爾-庫侖模型。巖層的塊度依據(jù)巖層厚度和采動巖體特點(diǎn)進(jìn)行劃分。模型中的力學(xué)參數(shù)性質(zhì)見表1與表2。
表1 塊體力學(xué)參數(shù)
表