论文部分内容阅读
本文以鸡西矿业集团城山煤矿东一采区3B＃煤层右五145工作面为工程背景，通过现场调研及实验室力学参数实验理论分析、计算机FLAC3D及UDEC数值模拟和现场实测等方法，对深埋大采高工作面矿压规律做了深入的研究。通过FLAC3D模拟研究了不同采高、不同埋深下上覆岩层超前支承压力的峰值、影响范围和顶板来压步距；通过UDEC模拟研究了顶板的垮落形态、煤壁片帮情况和垮落范围；通过现场实测，得到工作面支架工作阻力、上下顺槽围岩移近量和移近速率、巷道单体支柱的工作阻力。主要研究内容如下： （1）通过对现场采取的岩样进行力学性能测试，得出了围岩和煤体的各种物理力学参数，如单轴抗压强度、抗拉强度等，并得出围岩和煤体的弹性模量、剪切模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角等，为后续计算机数值模拟中岩石参数的选取提供了依据。 （2）FLAC3D数值模拟表明，当煤层埋深为900m、采高为4m时，工作面超前支承压力峰值增大系数约为1.5，其影响范围为22～24m，直接顶初次垮落步距约为25m，老顶初次垮落步距约为35m，老顶周期来压步距约为15m。 （3）随着采高的增大，工作面矿压显现剧烈程度明显增强，如当采高为6m时，工作面超前支承压力峰值增大系数约为1.71，影响范围增大至30m左右，直接顶、老顶初次来压步距较小，前者约为20m，后者约为30m，周期来压步距也随之减小。随着埋深的增大，工作面矿压显现剧烈程度增加不明显，支承压力峰值系数没有明显增大，但是应力绝对值由于地应力的增加而增大了，当超过巷道围岩强度时就会引起巷道破坏，这是深井巷道难以支护的根本原因。 （4）UDEC数值模拟研究表明，当埋深为900m、采高为4m时，岩层垮落高度约为13m。通过与不同采高、不同埋深的模拟结果对比表明，上覆岩层垮落高度和导水裂缝带高度主要取决于采高，与埋深关系不大。UDEC数值模拟研究还表明，随着采高的增大，煤壁的稳定性将降低，煤壁片帮现象加剧；且随着埋深的增大，表现为水平地应力的增加，并往往会大于垂直地应力，这进一步加剧了煤壁的不稳定性，普通液压支架较难适应，需要选用护帮板强度较高的支架。 （5）通过现场实测表明，顶板周期来压步距平均为13～15m，动载系数平均为1.53，支承压力影响范围约为23～25m，与数值模拟结果基本吻合。 通过本文的研究得出随着采高的增加，煤壁前方支承压力峰值系数增长较快，支承压力峰值点位置远离煤壁，影响范围增加；煤壁前方支承压力分布及覆岩的运移规律和采深的关系不大，但随着采深的增加，水平应力随之增加，煤壁的水平位移增大，塑性破坏区宽度增加，增大了煤壁及端面顶板的破坏范围。