大倾角煤层开采围岩空间非对称结构特征分析 - 煤炭学报.pdf

　第３５卷第２期 煤　　炭　　学　　报 Ｖｏｌ．３５　Ｎｏ．２　 　２０１０年 ２月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹ Ｆｅｂ．　 ２０１０　 　　文章编号：０２５３－９９９３（２０１０）０２－０１８２－０３ 大倾角煤层开采围岩空间非对称结构特征分析 １，２ １，２ １，２ 伍永平 ，解盘石 ，任世广 （１西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西 西安　７１００５４；２西安科技大学 能源学院，陕西 西安　７１００５４） 摘　要：基于目前大倾角煤层开采研究成果和工程实践，结合理论分析、相似材料模拟实验、多元数 值仿真技术结果，建立了大倾角煤层采场力学模型。分析认为，采场围岩具有非对称应力特征，岩 层破坏易形成倾向堆砌和反倾向堆砌结构，且岩层沿倾向不同区域存在不同的破坏结构形式；同 时，大倾角煤层采场存在三维“似壳”力学结构，其倾向和走向剖面包络形状可以用包含煤层倾角、 开采高度、工作面倾斜长度、顶板岩性等参数非线性二次函数来表示。 关键词：大倾角煤层；围岩；非对称力学特征；倾向堆砌结构；“似壳”结构 中图分类号：ＴＤ８２３２１　　　文献标志码：Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｏｕｎｄｃｏａｌｆａｃｅｏｆｓｔｅｅｐｌｙｄｉｐｐｉｎｇｓｅａｍｍｉｎｉｎｇ １，２ １，２ １，２ ＷＵＹｏｎｇｐｉｎｇ ，ＸＩＥＰａｎｓｈｉ ，ＲＥＮＳｈｉｇｕａｎｇ （１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷｅｓｔｅｒｎＭｉｎｅＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎａｎｄＨａｚａｒｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４， Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｓｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｍｉｎｉｎｇｓｔｅｅｐｌｙｄｉｐｐｉｎｇｓｅａｍ，ｕｓｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａ ｎａｌｙｓｉｓ，ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｍｕｌｔｉｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓｙｍｍｅｔｒｙｍｅｃｈａｎｉｃｓａｌｏｎｇｔｈｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎｔｈｅｒｏｏｆｓｔｒａｔａ，ｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｕｎｔｅｒｔｅｎｄｅｎｃｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅｆｏｒｍｅｄ，ａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｘｉｓｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａａｌｏｎｇｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙ，ｔｈｅｈｏｍｏｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓｆｏｒｍｅｄａｒｏｕｎｄｔｈｅｃｏａｌｆａｃｅ，ｔｈｅｅｎｖｅｌｏｐｅｓｈａｐｅｏｆｈｏｍｏｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｃｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙａｎｄｓｔｒｉｋｅｃａｎｂｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂｙｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｑｕａｄｒａｔｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｃｏａｌｓｅａｍｄｉｐａｎｇｌｅ，ｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔ，ｆａｃｅ ｌｅｎｇｔｈａｎｄｒｏｏｆｒｏｃｋｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｐｌｙｄｉｐｐｉｎｇｓｅａｍ；ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ；ａｓｙｍｍｅｔｒｙｍｅｃｈａｎｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｔｅｎｄｅｎｃｙｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｔｒｕｃ ｔｕｒｅ；ｈｏｍｏｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 　　大倾角煤层是指埋藏倾角为３５～５５°的煤层，是 误、工作面灾害事故频发。因此，研