悬顶结构下软底板采场冲击地压成因与防控研究
【图文】：
究，并制定了具有相对性的监测手段和防治措施。本文基于以上研究成果，研究了悬顶结构下软底板采场的冲击地压成因及其防治技术。１悬顶结构下软底板煤层工作面应力分布本文研究的工作面由较坚硬直接顶、强冲击煤体和软直接底组成，其中采空区一侧直接顶下部裂隙发育，部分垮落，而上部岩层完整性较好，易形成悬顶结构。一侧采空造成应力集中和能量积聚，应力和能量传递至煤柱体时，煤体不仅承受上覆岩层自重，还受到悬顶结构的附加应力，积聚大量弹性能。利用ＲＦＰＡ数值模拟软件模拟工作面主应力结果如图１所示。图１主应力图其中图１（ａ）是普通悬顶结构下的主应力图，图１（ｂ）是软底板条件下的主应力图。工作面垂直应力变化模拟结果如图２所示。由图１和图２可知，软底板煤层的支承压力峰值位置相对降低，并向煤体深部转移。煤体和上覆岩层产生的自重应力受到软底板的缓冲作用，所产生的应力峰值相应下降，支承压力影响范围增大，与普通悬顶煤层的应力分布不同。图２垂直应力变化图２悬顶结构下软底板煤层冲击地压成因分析２．１冲击地压能量积聚模型与分析冲击倾向性较高的煤体受构造运动和采场推进影响，积聚大量弹性能，，导致软底板破坏诱发强冲击煤体释放能量是发生冲击地压的根本原因。强冲击倾向性煤体和软底板共同组成能量积聚区，根据微分流变模型，将此区域简化为由一个Ｈ体（胡克体）和一个Ｋ体（开尔文体）串联而成的广义开尔文体（Ｈ－Ｋ）能量积聚模型，如图３所示。其中Ｈｍ为强冲击倾向性煤体，用强度为Ｅｍ的弹簧表示；ＨＤ为软直接底，用强度为ＥＤ的弹簧并联粘性系数为η的粘缸表示。图３能
面应力分布本文研究的工作面由较坚硬直接顶、强冲击煤体和软直接底组成，其中采空区一侧直接顶下部裂隙发育，部分垮落，而上部岩层完整性较好，易形成悬顶结构。一侧采空造成应力集中和能量积聚，应力和能量传递至煤柱体时，煤体不仅承受上覆岩层自重，还受到悬顶结构的附加应力，积聚大量弹性能。利用ＲＦＰＡ数值模拟软件模拟工作面主应力结果如图１所示。图１主应力图其中图１（ａ）是普通悬顶结构下的主应力图，图１（ｂ）是软底板条件下的主应力图。工作面垂直应力变化模拟结果如图２所示。由图１和图２可知，软底板煤层的支承压力峰值位置相对降低，并向煤体深部转移。煤体和上覆岩层产生的自重应力受到软底板的缓冲作用，所产生的应力峰值相应下降，支承压力影响范围增大，与普通悬顶煤层的应力分布不同。图２垂直应力变化图２悬顶结构下软底板煤层冲击地压成因分析２．１冲击地压能量积聚模型与分析冲击倾向性较高的煤体受构造运动和采场推进影响，积聚大量弹性能，导致软底板破坏诱发强冲击煤体释放能量是发生冲击地压的根本原因。强冲击倾向性煤体和软底板共同组成能量积聚区，根据微分流变模型，将此区域简化为由一个Ｈ体（胡克体）和一个Ｋ体（开尔文体）串联而成的广义开尔文体（Ｈ－Ｋ）能量积聚模型，如图３所示。其中Ｈｍ为强冲击倾向性煤体，用强度为Ｅｍ的弹簧表示；ＨＤ为软直接底，用强度为ＥＤ的弹簧并联粘性系数为η的粘缸表示。图３能量积聚区受力模型由于煤体强度Ｅｍ较大，具有强冲击倾向性，且受到上覆岩层的作用力，能够积聚较大的弹性能，当达到Ｈｍ的变形极限后，能量则会向下
【作者单位】： 山东科技大学采矿工程研究院;山东科技大学矿业与安全工程学院;开滦(集团)有限责任公司;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51674159) 国家重点研发计划项目(2017YFC0804201)
【分类号】：TD324
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本文编号：2521227
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