采矿与安全工程学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (4): 678-686.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2020.0456

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采场覆岩破断与应力演化的梁拱二元结构及岩层特性影响机制

娄金福   

  1. 1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;2.煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 100013; 3.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京 100013
  • 出版日期:2021-07-15 发布日期:2021-07-27
  • 作者简介:娄金福(1982— ),男,博士,副研究员,主要从事采场矿山压力与岩层控制、岩石力学等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51874175,51774185);中国煤炭科工集团人才与条件项目(2018RC001)

Influence mechanism of beam-arch binary structure and strata characteristics on fracture and stress evolution of overlying strata in stope

  • Online:2021-07-15 Published:2021-07-27

摘要: 长壁采煤方法在我国井工煤矿得到了广泛应用,其回采过程伴随着覆岩运移破断与采动应力演化的耦合作用过程。针对这一伴生性科学问题,以典型地层的采场覆岩为例,揭示了采动应力场宏观形态的演化特征及产生机理,阐释了厚硬岩层对于宏观应力场演化的影响机制。研究结果表明,覆岩破断表现为梁拱二元结构,即:上覆岩层破断后块体堆积形态外表似梁,而以裂隙带为代表的覆岩呈应力拱式传力机制,无论是破断前还是破断后,以关键层为代表的厚硬岩层都是采动应力场内重要的承载骨架。究其原因,一是岩层内部主应力迹线呈拱形分布特征;二是同步弯曲的岩层组内各岩层的弯矩、最大弯曲正应力均与岩层自身的厚度、刚度呈正比关系,故此关键层等厚硬岩层的受力明显高于厚度小、刚度低的邻近岩层,致使其破断前后形成拱形、反拱形等主体承载结构,对覆岩运移破断及采场矿压显现有显著影响。

关键词: 长壁采煤法, 采动应力, 梁拱二元结构, 主应力迹线, 应力拱, 关键层

中图分类号: