大采高工作面煤柱扰动下巷道冲击机理及优化设计

以所研究矿井1-2,2-2煤层大采高开采工程地质条件为背景,以遗留煤柱下2-2煤层22306平巷大变形破坏为主线,通过理论分析和数值计算研究大采高工作面煤柱扰动下底板巷道冲击机理.结果表明:煤柱底板应力与煤柱所承受载荷有关,而采高是影响煤柱支承压力的主导因素,煤柱支承压力随采高的增大而增大,导致底板固定点的应力升高,对底板的影响范围和程度增加;构建煤柱效应下底板冲击理论模型,并对冲击过程进行分区,得出底板最大影响深度达到46.6 m,对2-2煤层的开采有显著影响;数值计算工作面不同采高条件下煤柱支承压力变化及其对底板的效应,并验证了数值计算与理论计算是相吻合的;综合确定了巷道的合理位置与上层煤柱错动30 m布置,得出巷道布置不仅与高、低应力区的分界线有关,还与主应力比值造成的围岩应力环境是否平衡有关.     

考虑煤体弹-塑性变形的基本顶板初次破断结构特征

建立考虑煤体弹-塑性变形的基本顶板结构初次破断力学模型,依据有限差分原理和主弯矩破断准则,系统计算研究了弹-塑性基础边界基本顶板结构初次破断位置、破断顺序以及全区域破断形态特征的影响因素及权重关系,并阐述了该力学模型的工程意义,得到:①基本顶厚度h、弹性模量E较大,而弹性煤体基础系数k_t及悬顶跨度较小时,基本顶的破断位置及顺序为:开采悬顶区中部下表面→深入未塑化的弹性煤体区上表面→短边深入未塑化的弹性煤体区上表面,在弹性煤体区上覆形成"O"型断裂圈;反之,基本顶的破断位置及顺序为:深入塑化煤体区上表面→开采悬顶区中部下表面→短边深入塑化煤体区上表面,在塑化煤体区上覆形成"O"型断裂圈,最终均形成"O-X"型破断形态;②煤体塑化范围b_0及塑化程度增大时,基本顶断裂线深入煤体的距离与基本顶各个区域的主弯矩绝对值均增大,即基本顶悬顶跨度会减小;③b_0及浅部塑化煤体基础系数k_0较大时,基本顶的破断位置及顺序为:开采悬顶区中部下表面→长边深入塑化煤体区上表面→短边深入塑化煤体区上表面,在塑化煤体区上覆形成"O"型断裂圈;b_0,k_0较小时,基本顶的破断位置及顺序为:长边深入弹性煤体区上表面→开采悬顶区中部下表面→短边深入弹性煤体区上表面,在弹性煤体区上覆形成"O"型断裂圈,最终均形成"O-X"型破断形态;④k_0与k_t为任意比值不变且k_t与h~3为任意比值不变时,基本顶的主弯矩大小、位置及破断规律不变。