采矿与安全工程学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (6): 1190-1201.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0022

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基于采动覆岩关键层“板-梁”结构的应力场预测模型研究

韩红凯1,2,史灿1,许家林3,刘彦伟1,2,王晓振3,左伟芹1,2,AGUS Pulung Sasmito4,石钊旗1
  

  1. 1. 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454003; 2. 河南省煤矿安全与职业危害防治国际联合实验室,河南焦作454003; 3. 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116; 4. 麦吉尔大学采矿与材料工程系,魁北克 蒙特利尔H3A0E8
  • 出版日期:2024-11-15 发布日期:2024-11-29
  • 通讯作者: 刘彦伟,E-mail: yanweiLiu@hpu.edu.cn,Tel:13569149082
  • 作者简介:韩红凯(1991— ),男,河南省辉县人,博士,讲师,从事矿山压力与岩层控制、瓦斯灾害防治和地下工程防灾减灾等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(52104190,52174173);中国博士后科学基金项目(2022T150194,2020M682291);河南省重点研发与推广专项项目(科技攻关)(222102320012)

Mining-induced stress field prediction model based on the “slab-beam” structure of overburden key strata

  • Online:2024-11-15 Published:2024-11-29

摘要: 科学准确地预测采动应力场的空间分布对矿井动力灾害的预警与防治意义重大,但现有预测方法对覆岩关键层的赋存和破断运动特征研究不足,并不适用于覆岩存在典型厚硬关键层和多层关键层的开采条件。将弯曲下沉带和实体煤侧裂隙带关键层分别简化为多层叠合无限长和半无限长弹性地基板,采空区侧裂隙带破断关键层简化为多层叠合“砌体梁”,建立了基于采动覆岩关键层“板-梁”结构的应力场预测模型,提出了不同层位关键层下采动应力和采场支承压力的平面分布预测方法,验证了亭南煤矿和海孜煤矿采动应力实测结果与矿压显现规律。揭示了采空区尺寸和关键层厚度对应力场的影响规律,阐明了注浆充填控制厚硬关键层下高采动应力集中的力学机制及控制效果。研究发现,海孜煤矿Ⅱ1024工作面120 m厚的火成岩关键层仅将其35.1%的载荷传递至采空区中心,导致高采动支承压力集中的情况。注浆充填技术可将该比例提高至93.9%,使应力集中系数由1.90降至1.17,影响范围由309 m降至138 m,保障了工作面的安全开采。

关键词: 关键层, 采动应力场, 支承压力, 煤与瓦斯突出, 注浆充填

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