浅埋煤层工作面弱胶结顶板破断结构模型研究

采矿与安全工程学报 ›› 2014, Vol. 31 ›› Issue (4): 569-574.

浅埋煤层工作面弱胶结顶板破断结构模型研究

1．山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛 266590； 2．山东能源集团新汶矿业集团有限责任公司，山东新汶 271200；3．鄂尔多斯市昊华精煤能源公司，内蒙古鄂尔多斯 017000

出版日期:2014-07-15 发布日期:2014-08-28
作者简介:宁建国(1975—)，男，山东省宁阳县人，副教授，博士，从事矿山压力与岩层控制等方面的研究。 E-mail：njglxh@126.com Tel：15954841060
基金资助:
山东省“泰山学者”建设工程专项经费项目；山东科技大学“矿山压力与岩层控制”创新团队基金项目；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(BS2012NJ007)

Fracture structure model of weakly cemented roof in shallow seam

Online:2014-07-15 Published:2014-08-28

摘要/Abstract

摘要： 通过对鄂尔多斯盆地矿井2-2煤层综采工作面支架循环末阻力增长规律分析，建立浅埋煤层工作面弱胶结顶板破断结构模型，推导了工作面顶板不同运动阶段综采支架支护强度计算公式，并与现场观测结果进行对比。研究发现浅埋煤层弱胶结顶板中存在着由若干小断块岩块挤压构成的“岩块挤压岩梁”，这部分岩层可称为“类基本顶”，其不仅能够传递水平力，而且可起到减缓上覆岩层对支架的冲击作用；在浅埋煤层工作面开采期间，弱胶结顶板破断运动过程可分为3个阶段：阶段I，直接顶垮落，上方砂质泥岩断裂、挤压、离层；阶段II，类基本顶“岩块挤压岩梁”结构形成阶段；阶段III，基本顶冲击沉降阶段；随着工作面推进，液压支架循环末阻力增长过程也呈现工作阻力初次升高段、缓慢升高段和显著升高段3个阶段。研究可为鄂尔多斯盆地浅埋煤层工作面顶板控制设计、支架选型等提供借鉴和参考。

关键词: 浅埋煤层, 弱胶结顶板, 类基本顶, 破断结构

Abstract: In this paper, based on the growth law of support circulation resistance in the fully-mechanized mining face of No.2-2 coal seam, Ordos basin, the fracture structure model of weakly cemented roof in shallow coal seam was built, the supporting strength formulas of hydraulic support in different roof movement stages were derived, and were compared with the field observations. The results show that there exits a rock beam composed of some squeezing rock blocks in the weakly cemented roof, which can be seen as a similar basic roof. The rock beam can not only transfer the horizontal force, but also reduce the impact of overlying strata on support. During the mining process of shallow seam, the moving process of weakly cemented roof can be divided into three stages. Stage one, the immediate roof caves, and the overlying sandy mudstone breaks, squeezes and generates separations. Stage two, similar basic roof breaks and forms the rock beam. Stage three, the basic roof subsides and impacts the support. With the working face advancing forwards, the growth of the support resistance can also be divided into three stages, which are initial increasing stage, slow increasing stage and significant increasing stage. This research can provide reference to roof control design, support selection, et al, in shallow seam of Ordos Basin.

Key words: shallow seam, weakly cemented roof, similar basic roof, fracture structure

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