大采高工作面采场围岩结构力学分析及其工程应用

作     者：倪先杰 李迎富 NI Xianjie;LI Yingfu

作者机构：安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 中煤新集能源股份有限公司板集矿安徽淮南232000 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2022年第39卷第5期

页      面：911-920页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51574005 51574007) 

主　　题：采场围岩结构 岩层移动 硬岩层 悬臂梁 铰接岩梁 裂隙发育深度 

摘      要：综合考虑顶底板岩层破断以及硬岩层与软岩层的耦合作用,构建采场围岩“椭圆应力拱结构力学模型,研究“椭圆应力拱周边切向应力与轴长、轴比、极角等参数之间的关系,分析“椭圆应力拱、悬臂梁、铰接岩梁三者之间相互作用机制。研究认为:“椭圆应力拱承载了采场围岩大部分载荷,前、后拱脚随工作面开采向前移动;采场围岩重新分布应力,在拱顶和拱底附近区域,形成拉应力,使岩层产生“主动破断,并挤压其运动方向上的岩层;在远离拱顶和拱底区域,形成压应力,夹持尚未破断的岩层。在岩层自重载荷、“主动破断岩层的挤压载荷,以及应力拱周边压应力的夹持作用下,岩层沿拱迹线“被动破断;“椭圆应力拱内尚未破断的硬岩层形成“悬臂梁,硬岩层破断后形成“铰接岩梁,软岩层破断后以载荷的形式作用于其下部的岩层上,工作面支架和煤壁承受了顶、底板“悬臂梁或“铰接岩梁传递来的岩层载荷,“悬臂梁的被动破断及“铰接岩梁失稳直接影响到工作面支架及煤壁的稳定性。基于此,编程计算工作面开采过程中“椭圆应力拱的轴长、圆心坐标、拱脚位置等位置参数,确定大采高工作面顶、底板岩层裂隙发育深度,为大采高工作面防突水提供一些理论参考。