高位硬厚岩层破断规律及其动力响应分析_蒋金泉_张培鹏_聂礼生_李洪_许丽娜_王伟VIP免费

第33卷第7期岩石力学与工程学报Vol.33No.72014年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2014收稿日期：2013–10–11；修回日期：2014–02–09基金项目：国家自然科学基金资助项目(51374139)；山东省自然科学基金资助项目(ZR2013EEM018)作者简介：蒋金泉(1961–)，男，硕士，1985年毕业于山东矿业学院采煤系采矿工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事矿山压力与岩层控制、冲击地压、煤矿开采技术等方面的教学与研究工作。E-mail：jjqsd@163.com。通讯作者：张培鹏(1984–)，男，现为博士研究生。E-mail：zppsk2008@163.com高位硬厚岩层破断规律及其动力响应分析蒋金泉1，张培鹏2，聂礼生3，李洪1，许丽娜2，王伟东2(1.山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东泰安271002；2.山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛266590；3.淮北矿业集团杨柳煤矿，安徽淮北235000)摘要：以杨柳煤矿10416工作面高位硬厚岩浆岩条件为背景，建立高位硬厚岩层三边固支一边简支弹性薄板力学模型，利用瑞利–里兹法，推导出硬厚岩层挠曲函数与应力近似解析式，得到破断跨度的计算式，并根据覆岩破裂形态提出破断步距的计算方法。采用微震、支架压力及地表下沉等监测分析，揭示高位硬厚岩层破断失稳规律及其动力响应。研究表明：高位硬厚岩层破断前的挠度最大点为(/2xa，13/(10))yb(a为硬厚岩层走向悬露长度，b为硬厚岩层沿倾向的悬露长度)；当a＜1.049b时，硬厚岩层首先沿倾向固支边发生破断，否则首先沿走向固支边发生破断；硬厚岩层初次破断形式为沿走向对称而沿倾向非对称的“O-X”型，且破断后侧向跨度固支侧大于简支侧。高位硬厚岩层破断及运移过程中微震活动加剧，产生强微震活动，破断失稳期间支架压力显著升高，并引起地表下沉明显变化。高位硬厚岩层破断失稳引起强烈的动力响应，采用理论计算和微震监测可以进行分析预测。关键词：采矿工程；高位硬厚岩层；破断步距；微震活动；地表下沉中图分类号：TD325文献标识码：A文章编号：1000–6915(2014)07–1366–09FRACTURINGANDDYNAMICRESPONSEOFHIGHANDTHICKSTRATASOFHARDROCKSJIANGJinquan1，ZHANGPeipeng2，NIELisheng3，LIHong1，XULina2，WANGWeidong2(1.StateKeyLaboratoryofMiningDisasterPreventionandControlCo-foundedbyShandongProvinceandMinistryofScienceandTechnology，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Taian，Shandong271002，China；2.CollegeofMiningandSafetyEngineering，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao，Shandong266590，China；3.YangliuCoalMine，HuaibeiMiningGroupCo.，Ltd.，Huaibei，Anhui235000，China)Abstract：Anelasticmodelofthinplatewiththreeedgesfixedandonesimplysupportedwasestablishedasthemechanicalmodelofhighandthickstrataofhardmagmaticrockatworkingfront10416inYangliucoalmine，AflexuralfunctionandananalyticexpressionofstressesforthehardandthickstratawerederivedwithRayleigh-Ritzmethod.Aformulaoffracturespanwasobtained；andthenamethodofcalculatingthelengthofdrawingpaceoffracturingaccordingtofracturemorphologyofoverburdenwasproposed.Theanalysisofmonitoredresultsofmicroseism，supportingpressuresandsurfacesubsidencerevealedthefractureprocessandthedynamicresponseofhighandthickstrataofhardrocks.Thepointofmaximumdeflectionpriortofracturingofstrataisatthelocationof/2xaand13/(10yb，whereaissuspensionlengthalongthestrikeofhard-thickstrata；bissuspensionlengthalongthetendencyofhard-thickstrata.Fracturefirsthappenedalong第33卷第7期蒋金泉等：高位硬厚岩层破断规律及其动力响应分析•1367•thedipclamperedgeifa＜1.049b，alongthestrikeclamperedgeotherwise.Theinitialformoffracturingis“O-X”shaped，whichissymmetricallyalongthestrikebutasymmetricallyalongthetend.Microseismicityintensifiedduringtheprocessoffracturingandmovemen...