大采高综放开采煤岩损伤统计力学模型.pdf

第28卷第5期 长江科学院 院报 V01．28No．5 2O1 of ScientificResearchInstitute 20 1 I 1年5月 Journal River Yangtze May 文章编号：1001—5485(2011)05-0031-04 大采高综放开采煤岩损伤统计力学模型 高召宁h2，孟祥瑞h2，王向前h2 (1．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001； 2．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) 摘要：根据特厚煤层大采高综放开采煤壁前方支承压力的分布特征，从煤岩内部缺陷的随机性分布特征出发，基于 反映煤岩内部缺陷的微元强度服从韦布分布的概念，建立了支承压力作用下煤岩的损伤统计力学模型，确定了特 厚煤层大采高综放面在煤壁片帮不影响生产的情况下的合理采高，并分析了特厚煤层大采高综放面合理采高与煤 壁片帮程度、煤层内摩擦角、煤层内聚力和顶煤变形的关系。最后，通过工程实例分析，验证了该模型的合理性。 关键词：特厚煤层；大采高综放开采；损伤统计力学模型；合理采高；煤壁片帮 文献标识码：A 中图分类号：TD823．254 国内大多数综放工作面最大割煤高度仅为 煤高度的影响因素，为确定特厚煤层综放开采合理 3．5m…。对于特厚煤层，受割煤高度的限制，单位 割煤高度提供了可靠有效的理论依据。 时间内开采强度加大，绝对瓦斯涌出量大，加之采高 小，通风断面小，常常引起工作面瓦斯超限，严重制 1 煤岩损伤统计演化模型的建立 约综放工作面安全高效开采，对于特厚煤层，采放比 例失衡严重，不利于高产。如果加大割煤高度，放煤 1．1损伤本构方程建立 高度就相应减小，优化了采放比，与以前综放开采相 在外荷载作用下，煤岩材料微结构不断变化或 比：①可实现工作面采放相对的均衡生产，可提高工 内部的微缺陷的萌生与扩展，导致材料宏观力学性 作面单产水平；②增大了采场矿山压力的破煤作用， 能劣化，这一力学过程可以通过材料的有效面积来 有利于提高顶煤回收率；③加大了工作面通风断面， 描述。设有一面积为s，单位法线为l，的面元，其面 有利于瓦斯的稀释。然而，当割煤高度增大时，实践 积矢量为跏。在单位法线为刀的平面上，出现面积 证明大采高综放工作面矿压显现加剧，易发生煤壁 密度为以的损伤，即单位面积上的孔隙面积为亿 片帮，导致端面顶板冒落，从而给安全生产带来隐患 由于法向为刀的平面上存在损伤力，因而在法线为 并影响工作面正常推进。那么对于特厚煤层割煤高 ，的面元上，实际面积矢量S’y’与原来的表观面积 度多大为宜，这是特厚煤层大采高放顶煤理论与实 矢量跏有如下关系pJ： S‘y’=Sv—L2n 。 践的一个中心议题。因此，割煤高度的确定是特厚 o刀·Sv=(，一．f2)·Sl， 煤层综放开采的一个重要参数，其取值的合理性是 (1) 决定特厚煤层综放开采能否实现安全高效的关键因 矩阵[，一力]看作是把表观面积矢量sl，转换为 素之一。在以往的实践中大多凭经验估算，往往难 有效面积矢量S+y。的线性变换算子。根据应变等 以取得理想的开采效果。