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覆岩主关键层断裂规律研究

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覆岩主关键层断裂规律研究2011年2月矿业安全与环保第38卷第1期覆岩主关键层断裂规律研究郭晓强。,窦林名,陆菜平,何江,吕长国,刘彪(中国~f,Ak大学a.矿业工程学院;b.煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221008)摘要:覆岩主关键层断裂显著影响采场矿山压力显现,对其规律进行研究具有重要的意义。根据矿井地质条件和地表沉陷特征,建立了主关键层四边固支板状结构模型,利用纳维叶法求解其应力分布状态,给出相应的力学计算公式,并结合工程实际得出其极限尺寸,分析了此时的工作面支架工作阻力。研究结果表明:主关键层边缘长边中点处开始张性断裂,继而短边中点断裂,符合“O—x”型断裂形式;通过工作面支架工作阻力实测验证了理论计算的准确性,长边破裂时上、下部工作阻力上升,继而短边破裂时中部工作阻力上升。关键词:采矿工程;关键层;纳维叶解法;张性断裂;矿山压力中图分类号:TD325文献标志码:A文章编号:1008—4495(2011)01—0023—04煤矿开采引起的地表沉陷和矿压显现与上覆岩层弯曲下沉和破坏过程密切相关,对岩体局部或直至地表的全部岩体的运动起控制作用的坚硬岩层称为关键层,前者称为亚关键层,后者称为主关键层,关键层较其他岩层厚而坚硬1J。主关键层的断裂将导致全部或者相当大部分的上覆岩层产生弯曲下沉,显著影响采场矿山压力显现,剧烈时甚至形成顶板型冲击矿压,或导致回采工作面煤体高夹持应力形成煤层型冲击矿压,威胁工作面的安全生产。但主关键层断裂并不是瞬间完成的,研究表明主关键层的断裂类似于老顶的“O—x”型断裂形式,在中部发生主要断裂之前,边缘处相继发生张性断裂。可见研究覆岩主关键层开始断裂的具体位置及其引起的采场矿压显现等规律,对岩层控制与安全生产有一定的理论意义和参考价值。以海孜煤电公司762工作面为背景,根据地质条件、地表沉陷特征推测工作面上覆岩层移动情况,建立相应的力学模型,选择力学方法,10求解其应力分布状态,根据岩体力学性质计算主关键层开始断裂位置、此时的悬露尺寸,检验边缘断裂的先后顺序,结合现场矿压显现规律进行对比分析,验证覆岩主关键层断裂规律。收稿日期:2010—07—30基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2010CB226805);国家自然科学基金资助项目(50490273)作者简介:郭晓强(1986一),男,湖北黄冈人,硕

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